eLife丨“困”的神经机制与精准测量

睡眠是极为重要的生理过程。驱动睡眠的神经机制已有一定研究，如腺苷积累与“突触稳态”假说。但困（睡意）的精准测量仍多依赖于主观报告，基于脑电（EEG）信号的研究的模型精准性依然有限。近年来，基于神经调控如经颅磁刺激（TMS）技术的脑功能测量由于其无创、精准、实时测量等特点，受到更多关注。利用单或成对TMS脉冲，可以在毫秒级的时间精度上探索皮层兴奋性与抑制性突触传递状态的动态变化。研究者假设，利用脑刺激作为探针，有望实现不同脑区功能的精准测量与纵向持续观察，构建不同生理过程中突触传递改变的动态规律。

2021年7月，我国研究者在eLife杂志发表题名为 Cortical excitability signatures for the degree of sleepiness in human 的研究成果，揭示了“困倦”的神经测量标准。

本研究招募了38名健康受试者，在正常觉醒后，进行34小时的睡眠剥夺。在此期间进行了8次困倦程度的量表评价，并采集6个基于TMS测量的神经电生理指标（MT、MEP潜伏期、SICF、SICI、ICF、LICI），以及脑电图数据，进一步应用偏最小二乘(PLS)回归和混合效应模型分析皮层电信号、TMS测量不同指标和主观困倦程度之间的关系。

经过多种尝试，研究者构建了一个基于皮层兴奋性4项TMS测量指标(MT、MEP潜伏期、SICI、ICF)组合的模型，该模型可定量、梯度的预测受试者的困倦程度；相比之下，脑电模型对于最终的睡眠判断有较好的效力，但不能对困倦/觉醒程度形成梯度与定量化描绘；这些发现提示，基于脑刺激的脑功能测量，与传统测量方法（脑电、磁共振、近红外等）具有机制上的差异，将在全新维度上反映皮层兴奋性与突触传递神经机制的规律。此外，研究发现，睡眠剥夺后皮层兴奋性和抑制性突触传递均出现增强，伴随皮层兴奋性输出的适当降低，可能参与睡眠剥夺后的认知功能下降。

该研究利用新统计模型，将皮层突触传递水平改变与主观困倦程度联系起来，证实相关变化在睡眠剥夺后的产生与发展的模式；进一步为睡眠中的突触稳态理论提供了真正的人脑支持证据，构建了困倦程度的客观评价指标。这些发现有望为基于脑功能测量的精准康复提供重要支持，研究者也正在尝试将相关模型应用于植物人等意识障碍的人群研究中。此外，本研究可为疲劳驾驶等风险行为提供新的检测技术，也有望推动缓解困倦的神经调控干预策略研发。

本研究由复旦大学附属华山医院牵头完成，得到了上海市精神卫生中心、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心等单位的协助。康复医学科吴毅主任给予了全程指导，胡瑞萍、袁逖飞、张哲为共同通讯作者。贾晋瑄、汤昕未、曹悦为共同第一作者。

原文链接：

https://elifesciences.org/articles/65099