人类的哪些神经元会先入睡？

通过将血液流动模式与睡眠志愿者大脑中的生物电信号联系起来，科学家们正在研究大脑区域入睡和醒来的顺序。

　　

在过去的几十年里，科学告诉我们哺乳动物的大脑并不总是完全清醒或完全睡着的。海豚可以在一个半球处于睡眠状态而另一个半球处于警觉状态时游泳，而睡眠不足的大鼠的一些神经元可以在动物仍然清醒时“关闭”。在人类中，这种所谓的“局部睡眠”(即特定的神经元群体在大脑其余部分保持清醒的情况下小睡)的研究更具挑战性，因为用于追踪其他哺乳动物的侵入性方法不能用于人类。

7月21日发表在《PNAS》上的一项新研究似乎已经克服了这一挑战。通过同时绘制两种不同方法(一种具有良好的时间分辨率，另一种具有良好的空间分辨率)测量的人类大脑信号，该团队在局部水平上精确地定位了神经元种群的清醒或睡眠状态。这一成就使识别大脑的哪个区域最先入睡和哪个区域最先醒来成为可能，专家表示，这有望成为研究人类睡眠的一个有价值的工具。

传统上，研究人类睡眠的方法是使用脑电图(EEG)，它通过放置在头皮上的电极来测量大脑的电活动。卡迪夫大学(Cardiff University)的大脑研究员Chen Song解释说，脑电图擅长测量快速变化，但它的空间分辨率非常差。他在威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)做博士后时参与了这项新研究。因此，尽管科学家已经从脑电图学到了很多关于睡眠信号的知识，但这项技术告诉我们的关于局部睡眠的信息很少。

一个人戴着脑电图帽，在模拟的功能磁共振成像仪中。

Song和她的同事决定将脑电图与一种互补的技术——功能磁共振成像(fMRI)配对，后者测量大脑中的血液流动，作为神经元活动的代理。与脑电图相比，功能磁共振成像不擅长测量短而快速的变化，但它可以以立方毫米的分辨率区分大脑活动。研究小组决定探索在脑电图测量中经常发现的睡眠典型的神经信号(慢波和被称为睡眠纺锤波的振荡爆发)是否可以被功能磁共振成像提供的模式所反映。

研究小组利用之前一项研究中收集的数据，分析了36名受试者的大脑活动。这些受试者在功能磁共振成像仪中戴着脑电图帽入睡一小时。通过观察血流活动的振荡，并将其与脑电图数据进行比较，Song和她的同事发现，典型的睡眠电波模式与fMRI记录的血氧反应相对应。

研究人员进一步发现，这些血流振荡在大脑中有不同的时空模式，这表明当我们睡着时，一些区域比其他区域更早进入睡眠状态。例如，在他们的分析中，丘脑是第一个显示与睡眠相关的血液流动模式的区域，这一发现与之前基于脑电图数据的研究一致，该研究报告称，在进入睡眠的过渡期间，该区域可能比其他区域更早关闭。

他们在测量志愿者醒来时的大脑活动时发现了一个单独的时空模式。例如，大脑的额皮质区域可能是最先醒来的区域之一。这与研究人员之前部分基于动物研究、但主要基于理论推理的想法不同，因为这些区域与认知处理有关，“很多时候，当你醒来时，你(可能)感觉你根本无法(集中精力)。”然而，Song承认，在fMRI扫描中睡觉“非常不自然”，人们可能经历了较轻的睡眠，导致了这些观察结果。

范德比尔特大学的电气工程师Catie Chang说，这项研究为在局部层面研究大脑提供了“一个新的视角”，他没有参与这项研究，作者使用的方法可以帮助“拼凑出一幅更完整的画面”，了解我们睡着时大脑发生了什么。

使用功能磁共振成像(fMRI)监测局部睡眠也可能有助于提高我们对睡眠障碍的理解。Chang说，例如，研究人员可以开始调查“没有入睡困难的人与可能有睡眠困难的人”的健康志愿者的情况。Song认为，这项技术在理解局部睡眠和局部清醒是否对人类有任何作用方面尤其有用，因为目前“我们对此一无所知”。