當你全力以赴時會發生什麼?

有沒有想過,當你終於睡覺前,你在一天,一夜和另一天保持清醒的狀態時會發生什麼? 好吧,我們剛剛發現了。

它一直 眾所周知 我們是多麼困倦,我們如何能夠累計數字,注意力或進行工作記憶任務取決於我們已經醒來的時間和一天中的時間。 通常情況下,如果我們在兩天(一天,一晚,然後是第二天)保持清醒狀態,那麼第一個16小時左右是清醒的 - 性能良好且變化不大。

但是,當我們進入“生物夜間”時,如激素褪黑激素的增加所示,性能迅速惡化,並在第二天早晨在6-8am附近達到最小值。 在第二天,性能可以變得更好(但仍然遠低於第一天)並且僅在晚上睡眠後恢復到正常的基線水平。

這個性能時間表的關鍵特徵是它不會根據您醒來的時間線性地惡化,而是根據一天中的時間進行調製。 事實上,我們現在知道它實際上不是“一天中的時間”,而是“一天的內部生物時間”導致睡眠損失的影響。 然後,在行為層面,腦功能由晝夜節律性和睡眠穩態的綜合影響決定 - 睡眠壓力在睡眠期間累積並在睡眠期間消失。

晝夜節律

在行為和生理學的許多方面可以觀察到晝夜節律性,並且幾乎在大腦和身體的每個細胞中都由晝夜節律鐘產生。 在本地,這些節奏 生成 通過時鐘蛋白的反饋迴路到表達遺傳信息然後翻譯成蛋白質的時鐘基因上


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所有這些時鐘 - 包括腦時鐘 - 由位於下丘腦視交叉上核的大腦區域的中心導向器/導體同步。 大腦的這個區域也驅動血液和唾液中褪黑激素的節律。

那麼晝夜節律和睡眠穩態的這種聯合作用如何發揮作用呢? 那麼,在生物學日期間,生物鐘產生警報或清醒促進信號,隨著白天的進展變得更強,並在晚上達到最大強度。 這似乎有點自相矛盾,但隨著時間的推移,這個信號需要變得更強,因為睡眠壓力也會隨著我們醒來的時間越長而增加 - 所以有些事情需要讓我們保持警覺。

但是當我們進入生物之夜時,促進晝夜節律信號的覺醒消失並變成睡眠促進信號,最大強度在6-8am附近。 再次,這似乎有點自相矛盾,但在正常條件下,當我們晚上睡覺時,這會派上用場,因為睡眠促進信號使我們即使在睡眠壓力消退後六七個小時也可以繼續睡眠。

然而,當我們在晚上和第二天保持清醒時會出現問題。 在夜間,睡眠壓力仍然很高,甚至因為我們醒著而增加。 晝夜節律信號不再反對這種壓力,我們努力保持清醒和表現。 第二天,晝夜節律鐘,無論我們是否睡著,都會再次開始提醒清醒信號,這樣就可以更輕鬆地表現並保持清醒。

這在大腦中是什麼樣的?

這一切都很好,很有意義。 實際上,這種工作模式被廣泛接受我們在行為方面所見到的。 但是這種晝夜節律和睡眠穩態的聯合作用在人腦中是什麼樣的呢?

我們的研究團隊,來自列日大學和薩里大學,使用功能性磁共振成像(fMRI)掃描33人的大腦 - 這可以提供整個大腦神經元活動水平的詳細信息 - 他們被剝奪了睡眠狀態兩天后,經過一段時間的恢復睡眠。 我們還測量了褪黑激素水平,以獲得內部生物學時間的良好指標,該指標因人而異。 我們的結果是 發表在科學.

對於每個參與者,在進行簡單的反應時間任務時獲得13腦圖像。 在睡眠剝奪期間收集了12個腦圖像,其特徵在於先前在晚上和早晨觀察到的那些快速變化。 恢復睡眠後拍攝第13張照片。

在幾個大腦區域,特別是皮質下區域(例如丘腦,將信息傳遞到皮質的主要中心)的活動遵循24小時節律(晝夜節律)模式,其時間令人驚訝地在大腦區域中變化。 其他大腦區域 - 特別是額腦區域,包括 高階關聯區域 - 隨著時間的流逝,活動減少,然後在恢復睡眠後恢復到睡前剝奪水平。 一些大腦區域顯示出一種模式,該模式是節奏模式和與清醒時間相關的衰退的組合。

更令人驚訝的是,與更複雜的依賴記憶的任務相比,當參與者執行簡單的反應時間任務時,睡眠損失對大腦活動的這些影響更為廣泛。

所有這一切意味著各種大腦區域似乎受到睡眠喪失和晝夜節律的不同影響,總體而言,結果證明了這些影響的普遍性,以及這些影響的相似性和局部性質。

大腦反應的多樣性表明大腦對睡眠喪失的反應機制有多複雜。 它有助於我們了解大腦如何在白天和晚上保持表現。 這些結果可能會讓輪班工作人員和長時間工作的人們放心地註意力集中精力工作,特別是在凌晨。 是的,你的大腦晚上會比白天不同。 他們還建議,如果你工作到很晚,可能最好把它包起來,睡一覺,然後在早上再開始。

它甚至可以幫助我們更好地理解為什麼精神病和神經退行性疾​​病中的許多症狀會消退,為什麼在一夜無眠之後的清晨,我們很難保持注意力,而在晚上這不是問題。

關於作者

Derk-Jan Dijk,睡眠與生理學教授,薩里睡眠研究中心主任, 薩里大學

Cyclotron Research研究總監Pierre Maquet 列日大學

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