剖析大腦活動的節(jié)律
廈門心理咨詢-德仁心心理咨詢機構(gòu)：剖析大腦活動的節(jié)律
心理專家：著名心理學(xué)教授郭瀟贏
大腦皮質(zhì)含量有大量神經(jīng)元，它們的整體活動狀況常?？梢杂媚X電圖測定出來（圖1-11）。目前人們一般用腦電閣來幫助診斷某些神經(jīng)疾患，特別楚癲癎病，也有用于對諸如睡眠活動等腦生埋活動方面的研究。由腦電圖記錄到的電波反映許多錐體細(xì)胞樹突上突觸興奮產(chǎn)生的電流，信號幅度取決有多少神經(jīng)元在一起同步活動。當(dāng)一群細(xì)胞同時興奮時，其各自的信號疊加起來的就形成一個大的表面信號；如果每個細(xì)胞接受同量的興奮信號而隨后很快擴散掉，信號就會疊加不足且不規(guī)則，此時活動細(xì)胞的數(shù)量和興奮總量雖沒有變化，但活動的時間就會不同。一旦這一群細(xì)胞反復(fù)同步興奮，腦電圖就會表現(xiàn)為大的節(jié)律波。因此，我們可以通過觀察腦電圖節(jié)律波的振幅來評價神經(jīng)元活動的同步程度。腦電圖的圖像可以根據(jù)節(jié)律的頻率范圍分類，其中Beta節(jié)律最快，頻率大于14赫（Hz)，標(biāo)志一個活動的皮質(zhì)；Alpha節(jié)律的頻率約8?13Hz，反映靜息時的醒覺狀態(tài)；Theta節(jié)律為4?7Hz，在某種睡眠狀態(tài)時出現(xiàn)；Delta節(jié)律則很慢，一般小于4Hz，波幅較大，是深度睡眠的表現(xiàn)。總之，快頻率低幅度節(jié)律與覺醒、警覺或處于睡眠的夢境中有關(guān)，慢頻率高幅度節(jié)律則與無夢睡眠或病理性昏迷狀況相聯(lián)系。這可能是由于當(dāng)皮質(zhì)對各種感覺傳人或其他腦內(nèi)信息進行加工而積極活動時，皮質(zhì)神經(jīng)元的活動水平相對高卻缺少同步，也就是說，各神經(jīng)元可能從互相不盡相同的角度參與活動，它們對信號發(fā)送很快，但互相并不同時，于是造成腦電圖幅度低，出現(xiàn)Beta節(jié)律；相反在深度睡眠狀態(tài)，皮質(zhì)神經(jīng)元對信息不進行加工活動，只受一種總的慢節(jié)律傳人所影響，從而出現(xiàn)高同步導(dǎo)致腦電圖幅度加大。
腦內(nèi)神經(jīng)元同步節(jié)律活動的產(chǎn)生機制可能有兩種，即由某個起博點發(fā)動或由所有參加的神經(jīng)元自行相互協(xié)同統(tǒng)一步調(diào)活動。丘腦的傳出投射到大腦皮質(zhì)各個區(qū)域，可以被看做是人類皮質(zhì)腦電節(jié)律的起博點。在某些情況下，丘腦神經(jīng)元可以產(chǎn)生很有節(jié)律性的電活動。許多丘腦細(xì)胞具有專門的電壓門控離子通道，它們可以在沒有任何外來傳入影響情況下使細(xì)胞發(fā)生能自我維持、有節(jié)律的電活動，而這些丘腦細(xì)胞之間則可通過興奮或抑制性突觸聯(lián)系相互協(xié)同，按一定節(jié)拍產(chǎn)生群體性的節(jié)律活動。丘腦的這種節(jié)律隨后經(jīng)興奮性的丘腦皮質(zhì)纖維使大量皮質(zhì)神經(jīng)元按此節(jié)律放電。必須指出，也有相當(dāng)皮質(zhì)神經(jīng)元的節(jié)律活動是靠自身相互協(xié)同而產(chǎn)生的。
有關(guān)腦的這些節(jié)律活動的功能尚不十分清楚。從腦電的睡眠狀態(tài)表現(xiàn)看來，這可能與皮質(zhì)脫離感覺傳入有關(guān)。當(dāng)人處于睡眠時，丘腦進入一種自發(fā)節(jié)律活動狀態(tài)，阻止了各種有組織感覺信息的通過。有人認(rèn)為，神經(jīng)節(jié)律活動可以協(xié)調(diào)神經(jīng)系統(tǒng)各部分一起工作。腦處于覺醒時，無論是感覺還是運動系統(tǒng)常產(chǎn)生一種使腦電圖表現(xiàn)為30?80Hz的神經(jīng)元同步活動，這可能是由于腦總合了各皮質(zhì)區(qū)的快速振蕩使之成為單一的知覺機構(gòu)。例如，當(dāng)一個運動員在抓一個籃球的時候，他腦內(nèi)不同神經(jīng)元群都會同步地對籃球的特殊形態(tài)、顏色、運動狀況、距離，甚至其重要性等參數(shù)起反應(yīng)，而有同步振蕩的趨向。也就是說，在某種目的面前，許多曾互不相關(guān)的分散神經(jīng)元群會組合在一起，形成高度“同步”。因此，腦電圖反映的節(jié)律活動是觀察腦功能的一個有意義窗口。
腦內(nèi)神經(jīng)元同步活動的極端化就出現(xiàn)發(fā)作現(xiàn)象,這是一種病態(tài)表現(xiàn)。一個人如有反復(fù)發(fā)作的體驗，就呈癲癇狀況。引起癲癇的原因有時能找到，如腦的腫瘤、外傷、代謝障礙、感染和血管病等，但在多數(shù)情況下，很難找到癲癇的發(fā) 病原因。無論如何，某些癲癇反映了腦內(nèi)神經(jīng)元間興奮和抑制的失衡現(xiàn)象；有的則可能是它們相互興奮作用過強或過密的結(jié)果。阻斷GABA受體的藥物具有導(dǎo)致發(fā)作的潛在 作用，撤除某些鎮(zhèn)靜劑（如酒精或巴比妥）也可誘發(fā)癲癎。也有許多藥物能抑制癲癇，如某些藥物能延長GABA的抑制作用，有的則能減小某些神經(jīng)元的高頻率動作電位，如苯妥英等。癲癎發(fā)作的特點與參加神經(jīng)元的多少及其活動模式有關(guān)，如果是涉及所有皮質(zhì)神經(jīng)元的大發(fā)作，病人會失去意識、肌肉強直或抽動，可持續(xù)數(shù)分鐘之久。相反，涉及小范圍皮質(zhì)區(qū)的癲痼常有特別的表現(xiàn)。例如波及皮質(zhì)運動區(qū)某一部分的癲癇可以引起一部分肢體肌肉的抽動，如果涉及的是某一部分皮質(zhì)感覺區(qū)，則可能引發(fā)某種不正常感覺（如聞到某種味道或看到火花閃亮等），如波及顳葉皮質(zhì)就會引起以前曾有過的感覺或幻覺，也會造成記憶、思維和意識的障礙。
人們一生中有三分之一的時間在睡眠中度過，而睡眠中有四分之一時間則處于夢境之中。所有高等脊椎動物（甚至可能是所有動物）都需要睡眠，較長時剝奪一個人的睡眠可造成其一定功能障礙，對某些動物甚至?xí)鹬滤雷饔?。因此，睡眠對我們的生命來說就像吃飯和呼吸一樣重要。但是，什么是睡眠呢？睡眠是一種易于回復(fù)的、對環(huán)境反應(yīng)和相互作用減弱的狀態(tài)（昏迷或麻醉不易回復(fù)，質(zhì)量也與睡眠不同）。
1.腦的機能狀態(tài)
人在一天內(nèi)有覺醒和睡眠兩個明顯不同的行為類型，然而即使是睡眠期也可分成不崗的時相在睡眠期間，人有數(shù)次進入眼快動睡眠在此期間，人的腦電圖更像覺醒表現(xiàn)，除眼肌外渾身固定不動，同時有做夢現(xiàn)象。睡眠其他時期為非眼快動睡眠，也稱慢波睡眠，因為此期的腦電呈大而慢的節(jié)律波形，大腦不做復(fù)雜的夢。由此可見，覺醒、NREM睡眠和REM睡眠這二個基本行為狀態(tài)是由腦機能的三個不同狀態(tài)所決定的，這些狀態(tài)同時伴有身體機能的改變。
2.睡眠周期
人在睡眠中大約有75%的時間處于NREM睡眠，而25%為MREN睡眠，二者在整個晚上處于周期交替狀態(tài)。NREM睡眠一般被分成四個階段，在正常情況下，人們先通過一個NREM睡眠逐漸進入REM睡眠，然后又回到NREM睡眠再進入REM睡眠，每90min重復(fù)一次。這種節(jié)律可稱為次晝夜周期，比所謂的晝夜周期節(jié)律要快。從腦電圖看，一個健康成人在朦脆進人NREM睡眠第一階段時，腦電的alpha節(jié)律變得不規(guī)則并減小，眼球出現(xiàn)慢慢轉(zhuǎn)動。此期往往為一過性，睡得很輕且易被喚醒，常僅持續(xù)幾分鐘。處于NREM第二階段的人睡得稍深，持續(xù)5?15min。腦電表現(xiàn)為8?14Hz的波（稱為睡眠梭），應(yīng)由丘腦起搏點的活動所引發(fā)；此外，還可見高而尖的波，稱為K復(fù)合體，眼球則幾乎不動。在NREM第三階段，腦電為大而慢的delta節(jié)律，眼和身體都不動。第四階段睡得最深，腦電呈大而頻率低于2Hz的節(jié)律波。在睡眠第一個周期內(nèi)，第四階段可持續(xù)20?40min之后，睡眠又變淺，又回到第二階段約10?15min，再突然進人REM睡眠（腦電為快的beta節(jié)律，眼球轉(zhuǎn)動很快)。隨著夜晚時間的推移，NREM睡眠時間特別是第三四階段不斷減少，而REM睡眠時間卻不斷增加，到后來，REM可持續(xù)30?50min,但兩次REM之間至少要間隔30min(NREM睡眠）。正常成人每天的睡眠時間約需5到10小時，因人而異。
3.睡眠的作用
睡眠對哺乳動物、鳥類和爬行類動物的生存都至關(guān)重要，即使生活在大洋中、須臾停止運動的海豚也有特殊的睡眠形式。人們對睡眠的機能作用還不能解釋得很清楚，一般有所謂恢復(fù)理論和適應(yīng)理論兩種說法?；謴?fù)理論指睡眠是為了休息、恢復(fù)體力以準(zhǔn)備醒來；適應(yīng)理論則指睡眠能躲避環(huán)境中有害的東西和節(jié)約能量。這兩種學(xué)說都不全面。同樣，人們對做夢的意義也不太了解。夢境多在REM睡眠中出現(xiàn)，但REM睡眠不能代表做夢。實驗中設(shè)法去掉人的REM睡眠會造成所謂REM睡眠反彈現(xiàn)象，即一旦停止抑制REM睡眠后，受試者在睡眠中將有更多的REM睡眠以補回過去的損失。近來，有人提出“活動合成”理論，認(rèn)為夢是在REM睡眠期中由腦橋隨機放電引起大腦皮質(zhì)的聯(lián)想或回憶。也就是說，腦橋的某些神經(jīng)元經(jīng)過丘腦激活了皮質(zhì)各區(qū)域，誘導(dǎo)出一些印象或情感，而皮質(zhì)又反過來將這些印象和情感進行合成，編成一定的情境。因此不難理解，人們所做的夢常常是古怪沒有意義的，因為腦橋的發(fā)放完全是隨機的。有許多人認(rèn)為，REM睡眠甚至做夢與記憶功能有關(guān)。取消人或動物REM睡眠的實驗證明這樣做可以損傷其學(xué)習(xí)能力；也有研究證明，在強度學(xué)習(xí)之后有REM睡眠增加現(xiàn)象。因此，某些記憶能力有可能需要在REM睡眠期內(nèi)來得到加強。然而這一切還有待于進一步證明。
4.睡眠的神經(jīng)機制
過去很長時間認(rèn)為，睡眠是一個被動的過程，只要關(guān)閉對腦的輸入就能引起睡眠。后來的大量研究證明，睡眠是一個主動過程，有許多腦部參與其中?，F(xiàn)在知道，參與控制人覺醒和睡眠過程的神經(jīng)元屬于前面提到的播散調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一部分；在覺醒和驚醒過程中，腦干的去甲基腎上腺素和5 -羥色胺能神經(jīng)元參與活動而乙酰膽堿能神經(jīng)元與REM睡眠有關(guān)；腦干的播散調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過控制丘腦的節(jié)律活動來影響大腦皮質(zhì)的腦電活動，丘腦與睡眠相關(guān)的慢節(jié)律可以阻斷外周向皮質(zhì)發(fā)放的感覺傳入；睡眠也與下行調(diào)節(jié)系統(tǒng)有關(guān)，如在做夢時可抑制運動神經(jīng)元。
覺醒和上行網(wǎng)狀激活系統(tǒng)實驗證明，損傷腦干的中線結(jié)構(gòu)可造成類似NREM睡眠的狀態(tài)，而傷及被蓋外側(cè)即累及上行感覺傳導(dǎo)束卻不影響睡眠；相反，電刺激中腦中線被蓋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以將皮質(zhì)的腦電從睡眠慢波轉(zhuǎn)換成類似醒覺的快波。意大利科學(xué)家Moruzzi把網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的這一部分稱為上行網(wǎng)狀激活系統(tǒng)，在此區(qū)域內(nèi)，有一系列神經(jīng)核團參與覺醒活動，這包括去甲基腎上腺素能的藍斑、含5-羥色胺的中縫核、腦干和基底前腦區(qū)的乙酰膽堿能神經(jīng)元以及腦內(nèi)以組織胺為遞質(zhì)的神經(jīng)元等。上述神經(jīng)元的軸突到丘腦、大腦皮質(zhì)和其他腦區(qū)，對它們產(chǎn)生興奮并抑制節(jié)律性發(fā)放的作用。
進人睡眠和NREM狀態(tài)目前還不清楚人是如何進入NREM狀態(tài)的，但是大多數(shù)腦干調(diào)節(jié)系統(tǒng)的神經(jīng)元（包括NE、5-HT和ACh神經(jīng)元）都有發(fā)放速度減慢現(xiàn)象。盡管大多數(shù)基底前腦神經(jīng)元涉及覺醒，但其中一部分膽堿能神經(jīng)元確在起動NREM睡眠時發(fā)放增加而在覺醒時靜止不動。NREM睡眠的早期（腦電呈睡眠梭狀態(tài)）是由丘腦神經(jīng)元的節(jié)律活動擊發(fā)的，隨著NREM睡眠的深人，腦電出現(xiàn)delta波（小于4Hz)時，還是由丘腦神經(jīng)元起作用，只不過它們的膜電位更低。引起腦電這種睡眠梭和慢波節(jié)律的同步現(xiàn)象是由于丘腦內(nèi)以及丘腦與大腦皮質(zhì)神經(jīng)元之間存在相互聯(lián)系以致電波互相播散的結(jié)果。
REM睡眠的機制在此期間，皮質(zhì)神經(jīng)元至少是像醒著一樣地活動著，然而皮質(zhì)并非為產(chǎn)生REM睡眠所必需。控制REM睡眠的中樞來自腦干播散調(diào)節(jié)系統(tǒng)，特別是腦橋。REM睡眠啟動時，位于上部腦干的兩個系統(tǒng)即藍斑和中縫核的電發(fā)放都處于極低的狀況，但在腦橋部的ACh能神經(jīng)元卻發(fā)放明顯增加，這進一步造成丘腦和皮質(zhì)神經(jīng)元進行類似覺醒狀況下那樣的活動，當(dāng)NE和5-HT神經(jīng)元重新發(fā)放時，REM睡眠期則告結(jié)束。由于控制著前腦睡眠過程的腦干調(diào)節(jié)系統(tǒng)也控制著下行運動系統(tǒng)，因此，我們的身體在睡夢中一般不會隨夢境而產(chǎn)生運動。但必須指出，確有少數(shù)人在夢中產(chǎn)生受夢支配的活動，形成所謂REM睡眠行為障礙。這可能就是腦干調(diào)節(jié)系統(tǒng)對REM睡眠的肌張力調(diào)節(jié)方面的問題，這也是某些人有發(fā)作性睡眠的基礎(chǔ)。
促進睡眠的因素人們都很熟悉，常見的感染如感冒和流感都會引起嗜睡，這可能說明在對感染起免疫反應(yīng)和睡眠之間存在有聯(lián)系。許多學(xué)者曾努力在血液或腦脊液中尋找能引起睡眠的物質(zhì)，在某些動物身上已發(fā)現(xiàn)的一些促進睡眠的物質(zhì)中，有許多與身體免疫系統(tǒng)相關(guān)。例如，在20世紀(jì)70年代哈佛大學(xué)的Pappenheimer就在剝奪睡眠的山羊腦脊液中發(fā)現(xiàn)有一種胞壁酰雙肽能促進NREM睡眠。這種雙肽一般只存在于細(xì)菌壁，同時可引起發(fā)燒并刺激血液中產(chǎn)生免疫細(xì)胞。另外，白介素1 (interleukin-1)也是促睡眠因子，它可在腦內(nèi)膠質(zhì)細(xì)胞和遍布全身的巨嗜細(xì)胞所合成，它們都能刺激免疫系統(tǒng)。它們的促睡眠機制仍不清楚，然而，它們的存在就說明，睡眠與人的抗感染功能可能有關(guān)。
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