2022年11月18日

研究揭示了脾后皮质在快速眼动睡眠中调节亚阶段过渡的作用

发表在自然神经科学中国科学院脑科学与智能技术卓越中心神经科学研究所刘丹倩博士实验室的研究人员证明，选择性脾后皮层激活编码和调节快速眼动睡眠，揭示了皮质活动模式和快速眼动睡眠中选择性激活的皮质区域-脾后皮层(RSC)，发现并表征了快速眼动睡眠的两个不同的亚阶段，证实了RSC神经元活动编码和调节两个子阶段的过渡。

1951年，美国科学家尤金·阿瑟林斯基(Eugene Aserinsky)发现并定义了快速眼动睡眠(REM sleep)。他记录了8岁儿子睡眠时的脑电图(EEG)和眼电图(EOG)，发现了一种特殊的睡眠状态，其中有眼球运动的爆发和兴奋大脑激活。在随后的研究中，他证实了这种状态不同于有丰富梦境的正常睡眠状态，并将其命名为REM睡眠(dream sleep)。

快速眼动睡眠调节的机制，包括大脑如何在如此高的大脑激活水平下，在快速眼动睡眠期间屏蔽外部感官刺激，以及这种状态存在的生物学意义以及这种状态在大脑发育中的作用仍不清楚。从进化的角度来看，快速眼动睡眠几乎与大脑皮层的进化同时出现。因此，研究快速眼动睡眠的大脑活动模式和调节机制，有助于加深对中枢神经系统进化的认识。

为了研究皮质是否参与REM睡眠调节，研究人员在Thy1-GCaMP6s小鼠的整个背侧皮质上植入了一个慢性窗口。

他们使用双通道宽视场成像系统捕获钙离子和血液动力学信号，同时进行脑电图、肌电图(EMG)和视频记录。通过空间独立成分分析，分离出11个功能模块，每个模块以其对应的解剖结构命名。在这些模块中，RSC的活性最高。

通过格兰杰因果关系和卷积非负矩阵分解分析，研究人员发现皮质波主要来源于RSC，这种波专门发生在快速眼动睡眠中，而不是在其他大脑状态中。此外，他们发现RSC神经元的激活是层特异性的，选择性激活2/3层而不是第5层。

有趣的是，通过检查视频录制在美国，研究人员发现，在快速眼动睡眠期间，小鼠表现出丰富的活力面部动作除了突发的快速的眼球运动．通过无监督方法分析面部运动，提取特征和聚类，他们发现REM睡眠的两个子阶段:有(aREM)和没有(qREM)丰富的面部运动。这两个阶段具有明显的自主活动和不同的脑电图谱，快速眼动睡眠总是从qREM过渡到aREM。