Skip to main content
Global

4.4: 睡眠阶段

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    203428

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    学习目标

    • 区分快速眼动和非快速眼动睡眠
    • 描述非快速眼动睡眠的四个阶段之间的区别
    • 了解快速眼动和非快速眼动睡眠在学习和记忆中的作用

    睡眠不是一种统一的存在状态。 相反，睡眠由几个不同的阶段组成，每个阶段发生的脑电波活动模式可以将这些阶段相互区分。 脑电波活动的这些变化可以使用脑电图进行可视化，并且可以通过脑电波的频率和振幅来区分彼此。 睡眠可以分为两个不同的一般阶段：快速眼动睡眠和非快速眼动（NREM）睡眠。 快速眼动（REM）睡眠的特点是闭合眼皮下眼睛飞镖运动。 快速眼动睡眠期间的脑电波看起来与清醒时的脑电波非常相似。 相比之下，非快速眼动（NREM）睡眠被细分为四个阶段，彼此区别开来，通过脑电波的典型模式与清醒区分开来。 睡眠的前四个阶段是NREM睡眠，而睡眠的第五个也是最后一个阶段是快速眼动睡眠。 在本节中，我们将讨论每个睡眠阶段及其相关的脑电波活动模式。

    一张照片显示一个人正在睡觉。 图片顶部叠加了一条线条，代表五个睡眠阶段的脑电波活动。 在该行的上方，从左到右，它显示第 1 阶段、第 2 阶段、第 3 阶段、第 4 阶段和第 5 阶段。 波幅在第 2 阶段后期最高，在第 3 阶段到第 4 阶段接近尾声。 从第 2 阶段后期到第 4 阶段，波长较长。
    图\(\PageIndex{1}\)：脑电波活动在不同的睡眠阶段发生显著变化。 （来源 “睡觉”：瑞安·瓦尔西对作品的修改）

    NREM 睡眠阶段

    NREM 睡眠的第一阶段被称为\(\textit{stage 1}\)睡眠。 \(\textit{Stage 1}\)睡眠是一个过渡阶段，发生在清醒和睡眠之间，在这段时间里，我们开始睡觉。 在这段时间内，呼吸和心跳速度都有所放缓。 此外，\(\textit{stage 1}\)睡眠涉及整体肌肉紧张和核心体温的显著降低。

    就脑电波活动而言，\(\textit{stage 1}\)睡眠与α波和theta波有关。 \(\textit{stage 1}\)睡眠的早期阶段会产生 alpha 波，它们是频率相对较低 (\(8-13\)Hz)、同步的高振幅电活动（波）模式。 这种脑电波活动模式类似于一个非常放松但又醒着的人的脑电波活动模式。 随着个人持续\(\textit{stage 1}\)睡眠，theta Wave 活动会增加。 Theta 波的频率 (\(4-7\)Hz) 甚至比 alpha 波更低，振幅更高。 将某人从\(\textit{stage 1}\)睡眠中叫醒相对容易；事实上，人们经常报告说，如果他们在睡觉时醒来，他们还没有入\(\textit{stage 1}\)睡。

    图形有一个标记为 “EEG” 的 y 轴和一个标记为 “时间（秒）” 的 x 轴。 沿 y 轴绘制并向上移动的是睡眠阶段。 首先是 REM，其次是第 3 阶段和第 4 阶段 NREM Delta、第 2 阶段 NREM Theta（睡眠主轴；K 复合物）、第 1 阶段 NREM Alpha 和 Awake。 x 轴上的图表是以 2 秒为间隔 2-20 之间的时间（以秒为单位）。 每个睡眠阶段都有不同振幅和频率的相关波长。 相对于其他的，“觉醒” 的波长非常接近，振幅中等。 第 1 阶段的特点是波长大致均匀，振幅相对较低，每隔 2 秒就会翻一倍并迅速恢复正常。 第 2 级由与第 1 级相似的波长组成。 它引入了从第 10 秒到第 12 秒的 K 复合体，这是振幅增加一倍或三倍以及波长减小的短暂爆发。 阶段 3 和 4 的波浪更均匀，振幅逐渐增加。 最后，快速眼动睡眠看起来很像没有 K 复合物的第 2 阶段。
    图\(\PageIndex{2}\)：脑电波活动在不同的睡眠阶段发生显著变化。

    当我们进入\(\textit{stage 2}\)睡眠状态时，身体进入深度放松状态。 Theta Waves 仍然主导着大脑的活动，但它们被称为睡眠主轴的短暂活动所打断。 睡眠主轴是更高频率的脑电波的快速爆发，可能对学习和记忆很重要（Fogel & Smith，2011；Poe、Walsh 和 Bjorness，2010 年）。 此外，\(K\)-复合物的出现通常与\(\textit{stage 1}\)睡眠有关。 A\(K\)-complex 是一种非常高振幅的大脑活动模式，在某些情况下可能是由于环境刺激而发生的。 因此，\(K\)-complexes 可以作为通往更高水平唤醒的桥梁，以应对我们环境中正在发生的事情（Halász，1993；Steriade & Amzica，1998 年）。

    图形的x轴标记为 “时间”，y轴标记为 “电压”。 一条线说明了脑电波，两个区域标有 “睡眠主轴” 和 “k-complex”。 标有 “睡眠主轴” 的区域波长减小，振幅适度增加，而标有 “k-complex” 的区域振幅明显较高，波长更长。
    图\(\PageIndex{3}\)：第 2 阶段睡眠的特点是同时出现睡眠主轴和 K 复合物。

    \(\textit{Stage 3}\)和\(\textit{stage 4}\)睡眠通常被称为深度睡眠或慢波睡眠，因为这些阶段的特点是低频（高达\(4\)赫兹）、高振幅增量波。 在这段时间里，一个人的心率和呼吸急剧减慢。 与早期阶段相比，在\(\textit{stage 3}\)睡眠中唤醒某人要困难\(\textit{stage 4}\)得多。 有趣的是，在 alpha 脑电波活动水平增加的人（通常与清醒和过渡到\(\textit{stage 1}\)睡眠有关）\(\textit{stage 3}\)并且\(\textit{stage 4}\)经常报告说，无论睡了多久，他们醒来后都不会感到精神焕发（Stone、Taylor、McCrae、Kalsekar 和 Lichstein，2008 年）。

    Polysonograph a 显示了三角波的模式，它们是低频和高振幅的。 三角波主要出现在睡眠的第 3 和第 4 阶段。 图 b 显示了不同睡眠阶段的脑电波，突出显示了第 3 和第 4 阶段。
    图\(\PageIndex{4}\)：(a) 低频和高振幅的 Delta 波的特征 (b) 慢波第 3 阶段和第 4 阶段睡眠。

    快速眼动睡眠

    如前所述，快速眼动睡眠的特点是眼睛的快速移动。 与这个睡眠阶段相关的脑电波与一个人醒着时观察到的脑电波非常相似，如下图所示，这是做梦的睡眠时期。 它还与体内肌肉系统的瘫痪有关，但使血液循环和呼吸成为可能的除外。 因此，正常个体在快速眼动睡眠期间不会发生自愿肌肉运动；快速眼动睡眠通常被称为自相矛盾的睡眠，因为这种大脑活动频繁和肌张力不足相结合。 与 NREM 睡眠一样，快速眼动也与学习和记忆的各个方面有关（Wagner、Gais 和 Born，2001 年），尽管科学界对 NREM 和 REM 睡眠对正常学习和记忆的重要性存在分歧（Siegel，2001）。

    图表 A 是一张突出显示快速眼动 (REM) 周期的多导睡仪。图表 b 是 a 显示不同睡眠阶段的脑电波，突出显示 “清醒” 阶段以显示其与 A 部分中 “REM” 波浪模式的相似之处
    图\(\PageIndex{5}\)：(a) 短的红线段标志着一段快速的眼球运动。 与 REM 睡眠相关的脑电波（a）中的红色方框中概述的与快速眼动睡眠相关的脑电波看起来与清醒时看到的（b）非常相似。

    如果人们被剥夺了快速眼动睡眠，然后允许他们不受干扰地入睡，他们将花更多的时间在快速眼动睡眠中，这似乎是为了弥补在快速眼动中失去的时间。 这就是所谓的快速眼动反弹，它表明快速眼动睡眠也受到稳态调节。 除了快速眼动睡眠在与学习和记忆相关的过程中可能发挥的作用外，快速眼动睡眠还可能参与情绪处理和调节。 在这种情况下，快速眼动反弹实际上可能通过抑制清醒时发生的厌恶事件的情感显著性来代表非抑郁症患者对压力的适应性反应（Suchecki、Tiba 和 Machado，2012 年）。

    虽然一般而言，睡眠不足与许多负面后果有关（Brown，2012），但快速眼动剥夺的后果似乎不那么严重（如西格尔，2001年）。 实际上，有人认为，在某些情况下，剥夺快速眼动实际上可能是有益的。 例如，事实证明，快速眼动睡眠不足可以改善重度抑郁症患者的症状，许多有效的抗抑郁药可以抑制快速眼动睡眠（Riemann、Berger 和 Volderholzer，2001；Vogel，1975）。

    应该指出的是，一些文献评论对这一发现提出了质疑，表明不限于快速眼动睡眠的睡眠不足在缓解一些抑郁症患者的抑郁症状方面同样有效或更有效。 无论哪种情况，睡眠不足会改善某些患者的情绪的原因尚不完全理解（Giedke & Schwärzler，2002）。 但是，最近，有人认为睡眠不足可能会改变情绪处理，因此各种刺激在本质上更有可能被视为积极的刺激（Gujar、Yoo、Hu和Walker，2011）。 下面的催眠图显示了一个人进入睡眠阶段的情况。

    这是一张催眠图，显示了典型的八小时睡眠期间睡眠周期的转变。 在第一个小时内，该人经历了第 1,2,3 阶段，并在 4 点结束。 在第二个小时内，睡眠在 3 到 4 点之间波动，然后达到 30 分钟的快速眼动睡眠。 第三个小时遵循与第二个小时相同的模式，但以短暂的清醒期结束。 第四个小时遵循与第三个小时相似的模式，快速眼动阶段稍长一些。 在第五个小时内，将不再进入第 3 阶段和第 4 阶段。 睡眠阶段从 2 到 1 波动，再到 REM，再到醒来，然后以更短的间隔重复，直到人醒来的第八个小时结束。
    图\(\PageIndex{6}\)：催眠图是睡眠期间睡眠阶段的示意图。 这张催眠图说明了个人在睡眠的各个阶段是如何移动的。

    梦想

    梦的含义因不同的文化和时间段而异。 到了本\(19^{th}\)世纪末，德国精神科医生西格蒙德·弗洛伊德已经确信梦想是进入潜意识的机会。 通过分析梦想，弗洛伊德认为人们可以提高自我意识并获得宝贵的见解，以帮助他们处理生活中面临的问题。 弗洛伊德区分了梦想的明显内容和潜在的内容。 清单内容是梦想的真实内容或故事情节。 另一方面，潜在内容是指梦想的隐藏含义。 例如，如果一个女人梦见被蛇追赶，弗洛伊德可能会认为这代表了女人对性亲密的恐惧，而蛇是男人阴茎的象征。

    弗洛伊德不是唯一一个专注于梦想内容的理论家。 \(20^{th}\)世纪瑞士精神病学家卡尔·荣格（Carl Jung）认为，梦想使我们能够进入集体潜意识。 正如荣格所描述的那样，集体潜意识是一个理论上的信息库，他认为每个人都会共享。 根据荣格的说法，梦中的某些符号反映了普遍的原型，其含义对所有人来说都是相似的，无论文化或地点如何。

    但是，睡眠与梦想研究员罗莎琳德·卡特赖特认为，梦想只是反映了对梦想家很重要的人生事件。 与弗洛伊德和荣格不同，卡特赖特关于做梦的想法得到了经验支持。 例如，她和她的同事发表了一项研究，其中多次要求正在经历离婚的妇女在五个月的时间里报告她们对前配偶的看法程度。 这些女性在快速眼动睡眠期间被唤醒，以便详细描述她们的梦想内容。 女性在醒来时对前配偶的思考程度与她们的前配偶在梦中扮演角色的次数之间存在显著的正相关性（Cartwright、Agargun、Kirkby 和 Friedman，2006）。 最近的研究（Horikawa、Tamaki、Miyawaki 和 Kamitani，2013）发现了新技术，研究人员可以通过使用功能磁共振成像对大脑活动模式进行神经测量，有效地检测和分类在做梦时出现的视觉图像，从而为这方面的进一步研究开辟了道路区域。

    最近，神经科学家也开始对理解我们为什么做梦感兴趣。 例如，霍布森（2009）认为做梦可能代表一种原意识状态。 换句话说，做梦涉及在我们的脑海中构建一个虚拟现实，我们可以在清醒时用它来帮助我们。 在各种神经生物学证据中，约翰·霍布森引用了对清醒梦的研究作为更好地理解一般梦想的机会。 清醒的梦是在梦境状态下保持清醒的某些方面的梦想。 在清醒的梦中，一个人意识到自己在做梦，因此，他们可以控制梦的内容（LaBerge，1990）。

    摘要

    睡眠的不同阶段以与每个阶段相关的脑电波模式为特征。 当一个人从清醒过渡到入睡时，α波被theta波所取代。 睡眠主轴和\(K\)复合物在\(\textit{stage 2}\)睡眠中出现。 \(\textit{Stage 3}\)并\(\textit{stage 4}\)被描述为以三角波为主的慢波睡眠。 快速眼动睡眠包括眼睛快速运动、自愿肌肉瘫痪和做梦。 NREM 和 REM 睡眠似乎在学习和记忆中都起着重要作用。 梦想可能代表对梦想家很重要的人生事件。 或者，做梦可能代表一种大脑中的原意识状态或虚拟现实，在意识中为一个人提供帮助。

    词汇表

    阿尔法波浪
    一种频率相对较低、振幅相对较高的同步脑电波；第一阶段睡眠开始的特征
    三角波
    第 3 阶段和第 4 阶段睡眠特征的低频、高振幅脑电波类型
    集体潜意识
    正如卡尔·荣格所描述的那样，跨文化的所有人共享的信息的理论存储库
    K 复合物
    与第二阶段睡眠相关的大脑活动振幅非常高，可能因环境刺激而发生
    潜在内容
    根据西格蒙德·弗洛伊德对梦想功能的看法，梦的隐藏含义
    清醒的梦
    人们意识到自己在做梦，可以控制梦想的内容
    清单内容
    根据西格蒙德·弗洛伊德对梦想功能的看法，讲述了梦中发生的事件的故事情节
    非快速眼动 (NREM)
    快速动眼 (REM) 睡眠期之外的睡眠期
    快速眼动 (REM) 睡眠
    睡眠期的特征是脑电波与清醒期间的脑电波非常相似，闭着眼皮下眼睛会飞来飞去
    睡眠主轴
    第二阶段睡眠期间高频脑电波的快速爆发，这可能对学习和记忆很重要
    第 1 阶段睡觉
    睡眠的第一阶段；发生在清醒和睡眠之间的过渡阶段；一个人漂流睡觉的时期
    第 2 阶段睡觉
    睡眠的第二阶段；身体进入深度放松状态；以睡眠主轴的出现为特征
    第 3 阶段睡觉
    睡眠的第三阶段；以低频、高振幅三角波为特征的深度睡眠
    第 4 阶段睡觉
    第四阶段的睡眠；以低频、高振幅三角波为特征的深度睡眠
    theta Wave
    第 1 阶段睡眠结束时所特有的低频、低振幅脑电波类型

    Contributors and Attributions