【摘要】： 睡眠不僅可以促進(jìn)機(jī)體生長發(fā)育,維持機(jī)體生存,更重要的是維持注意、記憶、學(xué)習(xí)等認(rèn)知功能的正�；�,良好的睡眠對個體的身心健康至關(guān)重要。睡眠剝奪(sleep deprivation,SD)是指由于各種原因引起的睡眠丟失狀態(tài),一般指在24h中的睡眠小于4h,并引起情緒、學(xué)習(xí)記憶、免疫功能等一系列改變,伴隨疲勞的增加可以引起一系列生理、心理、甚至行為的變化。本研究應(yīng)用功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)研究SD對于大腦執(zhí)行控制功能及工作記憶不同成分及不同加工過程的影響,并利用靜息狀態(tài)(resting state)下大腦功能連接(functional connectivity)這一目前比較新的研究方法進(jìn)一步探討睡眠剝奪對大腦功能的影響。 本研究為自身前后對照試驗設(shè)計。14名正常青年男性志愿者(25.9±2.3歲)參加SD實(shí)驗。實(shí)驗分為三部分:第一,應(yīng)用視覺Go/nogo測驗研究SD對大腦執(zhí)行控制功能的影響;第二,研究SD對于工作記憶(working memory,WM)的影響。其中依據(jù)Baddeley工作記憶模型,以經(jīng)典n-back測驗范式分別對語音工作記憶、空間工作記憶、客體工作記憶應(yīng)用fMRI進(jìn)行探討;第三,在靜息狀態(tài)下,根據(jù)前兩部分研究所得的結(jié)論選取有研究意義的種子區(qū)域(前扣帶回及前后扣帶回),應(yīng)用功能連接的方法研究睡眠剝奪對這些特定腦區(qū)間聯(lián)系的影響。 研究的主要結(jié)果及結(jié)論: SD后執(zhí)行功能下降。與行為抑制作業(yè)密切相關(guān)的腦區(qū)主要有前扣帶回(anterior cingulated cortex,ACC)、頂葉皮質(zhì)(parietal lobe,PL)、前額葉皮質(zhì)(prefrontal cortex,PFC)、楔葉和小腦等。睡眠剝奪后行為抑制功能的下降與前扣帶回功能活動的進(jìn)行性下降有關(guān)。隨著睡眠剝奪時間的延長,前額葉皮質(zhì)(BA10)的活動增加,這種功能活動的增加是機(jī)體功能代償?shù)囊环N重要體現(xiàn)。機(jī)體功能代償在行為抑制作業(yè)中表現(xiàn)的非常明顯。 SD后工作記憶能力下降。與工作記憶密切相關(guān)的腦區(qū)有前額葉皮質(zhì)、后頂葉皮層以及輔助運(yùn)動區(qū)(supplementary motor area,SMA)等。工作記憶負(fù)荷的增加導(dǎo)致與記憶有關(guān)的腦區(qū)激活強(qiáng)度增加,而不是有更多腦區(qū)的參與。睡眠剝奪對不同種類的工作記憶任務(wù)影響不同。對于空間和客體工作記憶則主要表現(xiàn)為與工作記憶存儲與加工相關(guān)區(qū)域功能活動下降。對于語音工作記憶,除了與工作記憶存儲和加工相關(guān)的腦區(qū)功能下降外,與注意相關(guān)系統(tǒng)(BA10,ACC)功能增加表現(xiàn)出功能代償。個體針對睡眠剝奪也有部分適應(yīng)性變化,這主要體現(xiàn)在前額葉皮質(zhì)功能的代償上。前額葉皮質(zhì)功能的代償性增加是睡眠剝奪后的一個重要特征。 近年來,研究者發(fā)現(xiàn)大腦處于無任務(wù)的靜息狀態(tài)時存在由特定腦區(qū)組成的主動性腦活動網(wǎng)絡(luò),稱為默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)。默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)主要包括前額葉皮層、頂葉皮層、前后扣帶回皮質(zhì)等,這些腦區(qū)組成的功能網(wǎng)絡(luò)主要用于清醒狀態(tài)的維持,與機(jī)體的注意系統(tǒng)發(fā)揮作用密切相關(guān)。通過對睡眠剝奪的靜息狀態(tài)fMRI的研究發(fā)現(xiàn)機(jī)大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)在睡眠剝奪后功能連接增強(qiáng),反映了默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一致功能變化,這與機(jī)體的注意、抑制功能的下降,清醒狀態(tài)的下降相關(guān)。隨著睡眠剝奪過程的進(jìn)行,丘腦的功能連接出現(xiàn)了與前、后扣帶回相反的變化,表明隨著睡眠剝奪時間的延長,丘腦的活動處于一個過度激活的狀態(tài)。 總體來說,在睡眠剝奪情況下,機(jī)體注意水平下降與默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的功能下降有關(guān)。此時機(jī)體動員丘腦等皮層下區(qū)域使之處于過度負(fù)荷狀態(tài),同時前額葉皮質(zhì)參與清醒狀態(tài)的維持,尤其是在皮層下結(jié)構(gòu)已不能獨(dú)立完成清醒狀態(tài)的維持的情況下。 靜息狀態(tài)fMRI研究是近幾年腦功能成像研究的熱點(diǎn)。本文在靜息狀態(tài)下研究睡眠剝奪對大腦功能的影響,是對傳統(tǒng)任務(wù)研究的補(bǔ)充及進(jìn)步,有利于我們進(jìn)一步理解睡眠剝奪對人腦功能的影響。
【圖文】：

信號在睡眠剝奪后顯著下降;活動增加的腦區(qū)包括額上、一卜回皮質(zhì)等。與正常狀態(tài)相比，36h睡眠剝奪后前扣帶回皮層活性顯著減低。右側(cè)額_卜回的腦區(qū)、右側(cè)穎__巨回的腦區(qū)以及楔葉一的腦區(qū)激活程度增加(P<0.05)(見圖3.2)。在Talairaeh空l司r「，詳細(xì)激活腦區(qū)位置(x，y，z)不rl體積見表3.1。圖3.2睡眠剝奪后與Go/、0一90任務(wù)顯著相關(guān)的腦區(qū)激活圖。(il)在靜息、狀態(tài)下完成GO/、0一90任務(wù)所激活的腦區(qū)(單樣本t檢驗，P<0.01);(h)在36h后完成Go/、o一g。任務(wù)所激活的腦區(qū)(單樣木t檢驗，P<0.()l):(C)與靜息狀態(tài)相比完成Go/、o一90任務(wù)所激活的腦區(qū)(配對t檢驗，I，，<0.05)。I又:右半球:I:左、}飛球。Inten:信號強(qiáng)度(Intensi:y)。 Fig3.2Regionsaetivatedsignit-leantlyafter36hTSDforGo/nogotasks.(a)regionsaetivated signifieantlyforGo/nogotestinrestedwakefulnesseondition(one一 samPlettestP<0.01).(b) regionsaetivatedsignifieantlyforGo/nogotestafter36hTSD(one一 samPlettestP<0.01)(e) regionsaetivatedsignifieantlyafter36hTSDeomParedwithrestedwakefulnessforGo/nogo tasks(Pairedttest

在正常清醒狀態(tài)下，受試完成語音工作記憶時BOLD信號增加的腦區(qū)主要包括:前額葉皮質(zhì)、額中回皮質(zhì)、頂下回皮質(zhì)和島葉等。此時可見到前扣帶回、后扣帶回皮質(zhì)、顆葉等區(qū)域BOLD信號的降低(圖4.4)(表4.1)。
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：R445.2

【參考文獻(xiàn)】

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1 趙喜平,鄭崇勛;磁共振腦功能成像中圖像的分類及表達(dá)[J];中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù);2000年02期

本文編號：2708868