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1、睡眠同步EEG—fMRI探究述评摘要：同步EEG-fMRI利用了脑电和功能磁共振在时空分辨率上的互补优势，为睡眠研究提供了多模态的无创手段。这使得睡眠的神经成像研究可以借助电生理方法进行睡眠分期和特殊脑电事件研究，为探讨不同意识状态下神经活动动态过程提供了条件。本评述从自发脑活动和睡眠中的知觉过程两方面介绍了目前该领域的最新进展，结合硬件构成、被试安全和数据质量等问题总结了同步记录应用于睡眠的优缺点。同步EEG-fMRI技术在睡眠研究中的应用对于阐明意识状态转换的神经机制具有深刻意义，并有可能为临床睡眠障碍的诊断和治疗提供全新的思路。关键词:多模态:同
2、步EEG-fMRI;快速眼动睡眠:非快速眼动睡眠分类号:B845睡眠是一种自发、可逆的周期性状态，人一生约有三分之一的时间是在睡眠中度过。睡眠过程中机体的意识暂时中断，对外界刺激的反应降低，这也是机体复原、信息整合和记忆巩固的重要环节(Duyn,2012)。良好睡眠是健康不可缺少的组成部分，随着社会节奏的加快，我国存在睡眠障碍的人群越来越广，这已成为威胁公众健康的一个突出问题，受到了广泛关注。目前虽然已有大量睡眠相关的研究，然而睡眠及睡眠障碍的神经生理基础仍不清楚。1引言睡眠研究方法的突破最早得益于脑电(electroencephalography:E
3、EG)技术，它提供了人们睡着或苏醒的客观脑活动指标。目前国际睡眠分期标准采用多导睡眠(polysomnography,PSG)进行分期，EEG是划分快速眼动(rapideyemovements,REM)和非快速眼动(nonREM,NREM)睡眠的基础(Rechschaffen&Kales,1968)。结合睡眠特异的脑电波如纺锤波(spindle)、K复合波(K-complex)和睡眠慢波等可以进一步将NREM期分为四个睡眠时相。从第1期到第IV期睡眠由浅入深，相应唤醒阈限不断提高，信息加工和意识状态也随之发生巨大改变。目前，借助于EEG的睡眠研究集中于
4、探讨各睡眠脑电波的生理功能和外界刺激诱发的睡眠状态下事件相关电位(event-relatedpotential,ERP)。已经发现，睡眠坊锤波参与了新旧知识的整合，可以帮助人们将新学习的词语整合到已有的心理词汇库中(Tamminen,Payne,Stickgold,Warnsley,&Gaskell,2010)。对于K复合波，最近的研究揭示了其功能上的两面性：一方面通过周期性地对皮层下组织的监控实现基本的信息处理和实时觉醒的功能；另一方面，它能隔离感觉皮层传人的刺激，从而保证睡眠的连续性(Jahnkeetal.，2012)。通过对比各睡眠脑电波的空间分
5、布，人们还发现纺锤波和慢波在不同脑区出现的时间并不同步，睡眠期间脑内信息的流通受到限制(Niretal.,2011)。ERP技术通常用于观察睡眠状态下刺激引起的脑活动。目前已经知道许多典型的晚期ERP成分在睡眠条件下都会表现出潜伏期的延长，例如P300成分会变为具有相似认知功能的P450成分(colrain&Campbell,2007)。由于受限于EEG技术的空间分辨率，该方面的研究通常无法对睡眠相关的精细解剖结构进行深入探讨。睡眠神经成像借助于功能磁共振(functionalmagneticresonanceimaging,fMRI)等技术，可对全脑
6、血氧代谢进行无创记录。近年来fMRI以其毫米量级的空间分辨率帮助人们找到了睡眠的关键性解剖结构(Nofzinger,2005)。对于NREM睡眠，其关键结构包括缝际核、孤束核、视前区和前脑基底部，而REM睡眠的关键结构则是桥脑、蓝斑、外膝体和延脑。基于大样本的fMRI研究有利于我们深入探讨睡眠障碍相关的脑机制(Dang-Vuetal.，2007)。但受限于时间分辨率，目前基于fMRI的睡眠研究通常探讨几分钟内的平均脑活动(Maquet，2000，)，无法区分特定睡眠状态下脑的活动特征。能够在高强磁场中工作的磁谐EEG系统的出现提供了睡眠研究的新选择。数
7、据处理及融合技术(Lei,Qiu,Xu,&Yao,2010；Lei,&0stwald,etal.,2011；Lei,&Xu,etal,2011；Valdes-Sosaetal.，2009)的发展使同步EEG-fMRI可对睡眠时相进行分级。如图1所示，目前已有成熟的同步EEG-fMRI记录系统(Duyn，2012；Laufs,Daunizeau,Carmichael,&Kleinschmidt,2008；雷旭，2011)。EEG电极帽通过带式电缆连接到磁谐放大器，该放大器采用电池供电将放大的数据通过光纤传输到扫描室外的光电转换器，光电转换器通常需接收来自
8、同步盒的MRI时钟信息以实现对伪迹的更好去除。经数字化后EEG、肌电(Electromyogr
