大脑能量流动揭示深度睡眠时隐藏的协调性

摘要：新的脑成像研究揭示了大脑从清醒过渡到深度非快速眼动（NREM）睡眠时，其能量和活动是如何重新组织的。科学家们采用先进的三模态脑电图-正电子发射断层扫描-磁共振成像（EEG-PET-MRI）方法发现，认知区域安静下来时，感觉和运动区域仍保持活跃，使大脑对环境保持响应。血流和脑脊液动力学也发生变化，支持了睡眠有助于清除大脑代谢废物的理论。这些发现为睡眠如何维持恢复和环境意识提供了新见解，可能为神经学和睡眠相关疾病的研究提供参考。

关键事实：

• 双重功能睡眠：在NREM睡眠期间，认知网络休息，而感觉区域保持活跃，维持对环境的意识。
• 能量重组：大脑新陈代谢总体下降，但血流和脑脊液流动增加以清除废物。
• 先进成像洞察：新的EEG-PET-MRI方法揭示了睡眠期间能量使用、大脑活动和循环如何同步。

来源：宾厄姆妇女医院

麻省总医院布莱根分院研究人员的发现突出了大脑从清醒到睡眠转变时各种生理过程的复杂相互作用。麻省总医院布莱根分院的研究人员进行的一项新研究使用下一代成像技术发现，大脑入睡时，其活动会出现协调变化。NREM是睡眠的深度恢复阶段，对身体健康、大脑功能和疾病预防起着关键作用。

他们发现，在NREM（非快速眼动）睡眠期间，处理运动和感觉输入的大脑部分保持活跃并持续消耗能量，而参与思考、记忆和白日梦的区域则安静下来，消耗的能量减少。他们的研究结果发表在《自然通讯》上。

“这项研究有助于解释大脑在睡眠中意识逐渐消退时，如何仍对外界保持响应，”论文通讯作者、麻省总医院阿西诺拉·A·马尔蒂诺斯生物医学成像中心助理研究员陈静远博士说，麻省总医院布莱根医疗系统的创始成员之一。

“通过揭示睡眠期间大脑活动、能量使用和血流如何相互作用，这些发现以及我们用于揭示它们的成像工具，为神经学和睡眠相关疾病的机制提供了新见解。”

身体每晚经历两种睡眠状态多次循环：NREM和快速眼动（REM）。NREM是睡眠的深度恢复阶段，对身体健康、大脑功能和疾病预防起着关键作用。然而，其许多潜在过程及其对长期健康的影响仍知之甚少。先前的研究表明，NREM有助于清除大脑中的废物。

研究人员使用一种新的三模态EEG-PET-MRI技术（结合EEG研究大脑活动、功能磁共振成像（fMRI）分析血流以及功能正电子发射断层扫描（fPET）-氟脱氧葡萄糖（FDG）监测葡萄糖代谢动力学），在23名健康成年人短暂的午睡期间对他们的大脑进行了检查。

研究人员发现，随着睡眠加深，能量使用和新陈代谢下降，而血流变得更活跃，特别是在相对活跃的感觉区域。

与此同时，高级认知网络安静下来，脑脊液流动增加。这些发现共同支持了这样一种观点，即睡眠有助于清除大脑中的废物，同时保持对可能触发觉醒的感觉线索的敏感性。

作者指出，未来的研究应纳入更大、更多样化的群体，并收集更长、更深层次的睡眠记录。研究人员还计划使用更精确的方法来测量大脑新陈代谢，并更好地区分睡眠阶段。

作者：除陈静远外，麻省总医院布莱根分院的作者还包括劳拉·D·刘易斯、肖恩·E·库尔西、西普里安·卡塔纳、乔纳森·R·波利梅尼、范佳文、凯尔·S·德罗帕、鲁德拉·帕特尔、萧英·韦、达拉·S·马诺阿、朱莉·C·普赖斯、克里斯汀·Y·桑德和布鲁斯·R·罗森。其他作者包括范德比尔特大学的凯蒂·张。

披露：作者声明无利益冲突。

资金：这项工作部分得到了美国国立卫生研究院（拨款K99/R00-NS118120、R01-MH111438、P41-EB030006、R01-MH092638、U19-NS123717、U19-NS