Nature Neurosci：为什么睡着了雷打不动？过去的答案原来是错的……

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犯困时，我们往往对外界的声音充耳不闻：把一个在课堂或会议上睡着的人拍醒，问他“刚刚台上在说什么”，得到的回答多半是茫然的表情。

图片来源：123RF

对于声音等外界的感觉刺激，几乎不会产生有意识的知觉，正是清醒状态和睡眠状态的重要差别。“耳朵接收到声音后，听觉信号会在大脑中一级级传递。过去一直认为，睡眠期间，这些信号到达大脑皮层后就会迅速减弱。”以色列特拉维夫大学的Hanna Hayat博士解释道。

然而，她和同事们通过一项为期8年的开创性研究发现，睡着后大脑听到声音时的真正反应和过去以为的并不一样。

这是因为，在这项新研究中，科学家们通过植入人脑深处的电极，获得了大脑在清醒与睡眠时的神经活动记录，并且分辨率很高，可以记录单个神经元的电波。

▲新技术揭示睡眠期间意识消失之谜（图片来源：参考资料[2]；Credit：Ana Yael）

有这一新发现要感谢一些特殊的癫痫患者的支持。出于诊断和治疗的目的，医生通过手术将电极植入了他们的大脑，以监测大脑不同区域的神经电活动。与此同时，这些患者志愿参与研究，使得科研人员可以通过植入电极检查他们在睡眠时对外界刺激的反应。

实验中，研究人员通过患者床边的扬声器播放节拍、音乐、单词等不同类型的声音，同时记录来自植入电极的数据，比较大脑在清醒和睡眠的不同阶段对于外界声音刺激的反应。

▲实验示意图：植入患者大脑深处的电极，在清醒和睡眠的不同阶段记录神经电活动对声音刺激的反应（图片来源：参考资料[1]）

研究人员在每个患者大脑中记录到了数十个神经元的电活动，总共收集到700多个神经元的数据并进行分析后，他们惊讶地发现，无论是深睡还是浅睡，大脑对外界声音的反应其实在很大程度上保持着开启状态。各项参数中，只有一项参数与清醒时明显不同，那就是α-β波的活动水平。

清醒时，听觉会诱发这种频率在10~30赫兹的脑电波，意味着大脑正集中注意力在输入的听觉信息上并做出相关预期。睡眠时α-β波的活动水平显著下降，则意味着大脑虽然也在分析传入的听觉信号，却无法专注于声音或识别声音，也就无法产生对声音有意识的知觉。

换句话说，睡觉时大脑并没有屏蔽或过滤声音相关的信号，而是有不同的处理方式

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▲论文近期发表于《自然》旗下子刊Nature Neuroscience

研究人员进一步解释说，α-β波活动水平下降反映的是神经反馈过程。当信号从感觉器官（比如耳）向上传到大脑“更高级”的区域时，大脑会根据先前积累的信息从较高级的中枢区域发送反馈信号，指导感觉区域要关注哪些输入、忽略哪些输入。通过这样的反馈控制，大脑可以在耳朵接收到某种声音时，判断这个声音是否熟悉、是否值得关注。而这项研究显示，睡眠期间大脑的这种活动受到抑制。

根据这一发现，将来我们或许会有一种新的测量方法来准确评估一个人是否真的失去意识，比如验证患者在手术过程中是否保持无意识状态，监测痴呆症患者的清醒程度，或是确认一个陷入昏迷的人是否真的对周围环境毫无知觉等。研究人员设想，在这些场景中，都可以通过改良的α-β脑电波测量技术以及脑电图等非侵入性监测方法进行测量。

领导这项研究的Yuval Nir教授还指出，这一发现为“意识之谜”提供了重要线索。“意识特有的大脑活动让我们在清醒时知道周遭发生的事情，又在我们睡着后消失。这种大脑活动是一个古老而迷人的谜团，现在我们为解开这个谜团提供了钥匙。”他说，“在未来的研究中，我们将进一步探索什么机制造成了清醒与睡眠之间的差异。”

参考资料：

[1] Hanna Hayat et al., (2022) Reduced neural feedback signaling despite robust neuron and gamma auditory responses during human sleep. Nature Doi: https://doi.org/10.1038/s41593-022-01107-4

[2] We Lose One Crucial Feature of Consciousness While We Sleep, an 8-Year Study Reveals. Retrieved July 18, 2022 from https://www.sciencealert.com/we-lose-one-crucial-feature-of-consciousness-while-we-re-asleep

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