核磁共振成像有助于解开睡眠之谜

在深度睡眠阶段，意识状态会发生显著变化，就像在昏迷或全身麻醉时一样。长期以来，科学家们一直相信，但不能确定的是，大脑活动在睡眠时下降。大多数关于睡眠的研究都是使用脑电图(EEG)进行的，这是一种通过放置在患者头皮上的电极来测量大脑活动的方法。然而，工程学院EPFL医学图像处理实验室的博士助理Anjali Tarun使用磁共振成像研究了睡眠时的大脑活动。

领导实验室的Dimitri Van de Ville说，“MRI通过检测整个结构的结构的血流动力学响应来扫描神经活动脑从而提供重要信息除了脑电图。“在这些实验期间，Tarun依赖于EEG来识别当研究参与者睡着时睡着了并确定了不同阶段的睡眠状态。然后她检查了MRI图像以产生空间地图神经活动并决定不同的大脑状态。

获得困难的数据

唯一的问题是，在参与者睡觉时对他们进行大脑核磁共振成像并不容易。机器噪音很大，参与者很难进入深度睡眠状态。但与日内瓦大学(University of Geneva)的索菲·施瓦茨(Sophie Schwartz)教授和Ruhr-Universität波鸿(Bochum)的尼古拉·阿克塞马赫(Nikolai Axmacher)教授合作后，塔伦可以同时利用大约30人的核磁共振和脑电图数据。的大脑的活动数据在近两个小时的时间内记录，而参与者在MRI机器中睡觉。“两个小时是相对较长的时间，这意味着我们能够获得一套罕见，可靠的数据，”Tarun说。“在患者表演认知任务时进行了MRIS，通常持续约10到30分钟。”

睡眠期间的大脑活动

在检查、分析和比较所有数据之后，塔伦的发现令人惊讶。她说:“我们精确计算了在睡眠的每个阶段，由大脑不同部位组成的网络活跃的次数。”“我们发现，在浅睡眠阶段，也就是在你入睡和进入深度睡眠之间，大脑活动总体上减少。但是大脑不同部位之间的交流变得更加活跃。我们认为这是由于这一阶段大脑状态的不稳定造成的。”

van de Ville补充道，“在所有这一切中，我们真正惊讶的是由此产生的悖论。在从光到深度睡眠的过渡阶段，局部脑活动的增加和相互作用减少。这表明脑网络无法同步。”

默认模式网络和小脑的角色

意识通常与神经网络相关联，这些网络可能与我们的内省过程，集体记忆和自发思想相关联。“我们看到前部和后部区域之间的网络崩溃了，随着睡眠深度的增加，这变得越来越明显，”Van de Ville说。在小脑中也观察到神经网络中的类似崩溃，通常与电机控制相关联。“

目前，科学家们还不清楚这种情况发生的确切原因。但他们的发现是朝着更好地理解睡眠中的意识状态迈出的第一步。“我们的发现表明，意识是大脑不同区域相互作用的结果，而不是局部大脑活动的结果，”塔伦说。“通过研究我们的意识状态在不同睡眠阶段是如何改变的，以及这对大脑网络活动意味着什么，我们可以更好地理解和解释我们作为人类所具有的广泛的大脑功能。”

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