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4.3: 睡眠阶段

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    • Rose M. Spielman, William J. Jenkins, Marilyn D. Lovett, et al.
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    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三个阶段之间的区别
    • 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。 醒着时，我们的脑电波活动以 β波为主。 与睡眠时的脑电波模式相比，β波具有最高的频率（13—30 Hz）和最低的振幅，而且它们往往表现出更大的可变性。 当我们开始入睡时，我们的脑电波活动会发生变化。 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这些变化。 脑电波的频率是指一秒钟内发生多少脑电波，频率以赫兹 (Hz) 为单位测量。 振幅是脑电波的高度（图 4.7）。 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。 睡眠的前三个阶段是NREM睡眠，而睡眠的第四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 4.7 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

    当我们开始入睡时，我们进入 NREM 睡眠，脑电波模式的频率降低，振幅增加。 NREM 睡眠的第一阶段被称为 1 阶段睡眠。 第一阶段的睡眠是介于清醒和睡眠之间的过渡阶段，在此期间，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，第一阶段的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，第一阶段的睡眠与α波和theta波有关。 第 1 阶段睡眠的早期阶段会产生 alpha 波。 这些电活动模式（波）类似于一个非常放松但又醒着的人的模式，但与β波相比，它们的可变性较小（更同步），频率（8—12 Hz）和振幅相对较高（图 4.8）。 随着个人持续进入第一阶段的睡眠，theta Wave 活动会增加。 与α@@ 波模式相比，Theta波的频率甚至更低（4—7 Hz），振幅更高。 将某人从第 1 阶段的睡眠中叫醒相对容易；事实上，人们经常报告说，如果他们在第 1 阶段睡眠中醒来，他们还没有入睡。

    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 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。 第 3 阶段的波浪更均匀，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 4.8 脑电波活动在不同的睡眠阶段发生显著变化。

    当我们进入第二阶段睡眠时，身体进入深度放松状态。 Theta 波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（图 4.9）。 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 2 期睡眠有关。 K 复合物是一种非常高振幅的大脑活动模式，在某些情况下，它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 4.9 第二阶段睡眠的特点是睡眠主轴和 K 复合物的出现。

    NREM 第 3 阶段睡眠通常被称为深度睡眠或慢波睡眠，因为该阶段的特点是低频（小于 3 Hz）、高振幅增量波（图 4.10）。 在我们的睡眠脑电波模式中，这些三角波的频率和振幅最低。 在这段时间里，一个人的心率和呼吸急剧减慢，在第三阶段将某人从睡眠中醒来比在早期阶段要困难得多。 有趣的是，在第三阶段 alpha 脑电波活动水平增加（通常与清醒和过渡到第 1 阶段睡眠有关）的人经常报告说，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)。

    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三阶段。 图 b 显示了不同睡眠阶段的脑电波，突出显示了第 3 阶段。
    图 4.10 (a) 低频和高振幅的 Delta 波表征了 (b) 慢波第 3 阶段和第 4 阶段睡眠的特征。

    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，如图 4.11 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。 就像 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；Siegel，2001 年）。

    图表A是一张多导睡仪，突出显示了快速眼动（REM）时期。 图 b 显示了不同睡眠阶段的脑电波，突出显示了 “清醒” 阶段以显示其与图 A 中 “REM” 波浪模式的相似之处
    图 4.11 (a) 短红线段标志着眼球快速运动的时期。 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）。 一般而言，睡眠不足会带来许多负面后果（Brown，2012）。

    下面的催眠图（图4.12）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，该人将经历第 1 阶段和第 2 阶段，并在 3 点结束。 在第二个小时内，睡眠在第 3 阶段振荡，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。 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 4.12 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。
    链接到学习

    观看这段关于睡眠各个阶段的视频，了解更多信息。

    梦想

    梦想及其相关含义因不同的文化和时间段而异。 到19世纪末，奥地利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表现内容和潜在的内容。 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世纪的瑞士精神病学家卡尔·荣格认为，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内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。

    神经科学家艾伦·霍布森（Alan Hobson）因开发梦想激活合成理论而受到赞誉。 该理论的早期版本提出，梦不是弗洛伊德等人提出的焦虑的充满意义的表现，而是我们的大脑试图理解（“合成”）快速眼动睡眠期间发生的神经活动（“激活”）的结果。 最近的改编（例如，Hobson，2002）继续根据积累的证据更新理论。 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）。