睡眠剝奪的靜息態(tài)功能磁共振研究.pdf

1、睡眠不僅可以促進機體生長發(fā)育，維持機體生存，更重要的是維持注意、記憶、學(xué)習(xí)等認(rèn)知功能的正?；?，良好的睡眠對個體的身心健康至關(guān)重要。睡眠剝奪（sleep deprivation，SD）是指由于各種原因引起的睡眠丟失狀態(tài)，一般指在24h中的睡眠小于4h，并引起情緒、學(xué)習(xí)記憶、免疫功能等一系列改變，伴隨疲勞的增加可以引起一系列生理、心理、甚至行為的變化。本研究應(yīng)用功能磁共振成像（functional magnetic resonance im

2、aging，fMRI）研究SD對于大腦執(zhí)行控制功能及工作記憶不同成分及不同加工過程的影響，并利用靜息狀態(tài)（resting state）下大腦功能連接（functional connectivity）這一目前比較新的研究方法進一步探討睡眠剝奪對大腦功能的影響。 本研究為自身前后對照試驗設(shè)計。14名正常青年男性志愿者（25．9±2．3歲）參加SD實驗。實驗分為三部分：第一，應(yīng)用視覺Go/nogo測驗研究SD對大腦執(zhí)行控制功能的影響；

3、第二，研究SD對于工作記憶（working memory，WM）的影響。其中依據(jù)Baddeley工作記憶模型，以經(jīng)典n-back測驗范式分別對語音工作記憶、空間工作記憶、客體工作記憶應(yīng)用fMRI進行探討；第三，在靜息狀態(tài)下，根據(jù)前兩部分研究所得的結(jié)論選取有研究意義的種子區(qū)域（前扣帶回及前后扣帶回），應(yīng)用功能連接的方法研究睡眠剝奪對這些特定腦區(qū)間聯(lián)系的影響。 研究的主要結(jié)果及結(jié)論： SD后執(zhí)行功能下降。與行為抑制作業(yè)密切

4、相關(guān)的腦區(qū)主要有前扣帶回（anterior cingulated cortex，ACC）、頂葉皮質(zhì)（parietal lobe，PL）、前額葉皮質(zhì)（prefrontal cortex，PFC）、楔葉和小腦等。睡眠剝奪后行為抑制功能的下降與前扣帶回功能活動的進行性下降有關(guān)。隨著睡眠剝奪時間的延長，前額葉皮質(zhì)（BA10）的活動增加，這種功能活動的增加是機體功能代償?shù)囊环N重要體現(xiàn)。機體功能代償在行為抑制作業(yè)中表現(xiàn)的非常明顯。 SD后

5、工作記憶能力下降。與工作記憶密切相關(guān)的腦區(qū)有前額葉皮質(zhì)、后頂葉皮層以及輔助運動區(qū)（supplementary motor area，SMA）等。工作記憶負荷的增加導(dǎo)致與記憶有關(guān)的腦區(qū)激活強度增加，而不是有更多腦區(qū)的參與。睡眠剝奪對不同種類的工作記憶任務(wù)影響不同。對于空間和客體工作記憶則主要表現(xiàn)為與工作記憶存儲與加工相關(guān)區(qū)域功能活動下降。對于語音工作記憶，除了與工作記憶存儲和加工相關(guān)的腦區(qū)功能下降外，與注意相關(guān)系統(tǒng)（BA10，ACC）功能

6、增加表現(xiàn)出功能代償。個體針對睡眠剝奪也有部分適應(yīng)性變化，這主要體現(xiàn)在前額葉皮質(zhì)功能的代償上。前額葉皮質(zhì)功能的代償性增加是睡眠剝奪后的一個重要特征。 近年來，研究者發(fā)現(xiàn)大腦處于無任務(wù)的靜息狀態(tài)時存在由特定腦區(qū)組成的主動性腦活動網(wǎng)絡(luò)，稱為默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)。默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)主要包括前額葉皮層、頂葉皮層、前后扣帶回皮質(zhì)等，這些腦區(qū)組成的功能網(wǎng)絡(luò)主要用于清醒狀態(tài)的維持，與機體的注意系統(tǒng)發(fā)揮作用密切相關(guān)。通過對睡眠剝奪的靜息狀態(tài)fMRI的研究發(fā)現(xiàn)機大腦默認(rèn)

7、網(wǎng)絡(luò)在睡眠剝奪后功能連接增強，反映了默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一致功能變化，這與機體的注意、抑制功能的下降，清醒狀態(tài)的下降相關(guān)。隨著睡眠剝奪過程的進行，丘腦的功能連接出現(xiàn)了與前、后扣帶回相反的變化，表明隨著睡眠剝奪時間的延長，丘腦的活動處于一個過度激活的狀態(tài)。 總體來說，在睡眠剝奪情況下，機體注意水平下降與默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的功能下降有關(guān)。此時機體動員丘腦等皮層下區(qū)域使之處于過度負荷狀態(tài)，同時前額葉皮質(zhì)參與清醒狀態(tài)的維持，尤其是在皮層下結(jié)構(gòu)已不能獨立