睡眠中的声音门卫:皮层怎样把声音接到唤醒
声音能否叫醒小鼠,既取决于响度,也关联睡眠中的脑活动;颞叶联合皮层通向杏仁核的一条联系参与其中。
睡着之后,耳朵仍在接收声音,但大脑不会每次都把它变成一次醒来。同样的声音,有时穿过睡眠,有时留在梦外。2025 年发表于 Advanced Science 的研究,把目光投向小鼠颞叶联合皮层(TeA):这个皮层区域怎样响应声音,又怎样把声音接到唤醒系统?答案并非一个单纯的响度开关,而与睡眠阶段和声音到来前的脑活动交织在一起。
TeA 兴奋性细胞参与声音诱发的 NREM 唤醒;削弱其活动,或抑制其中通向 BLA/La 的细胞群,都会让声音更难叫醒小鼠。
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活动更高,未必更容易醒
研究用脑电和肌电辨认睡眠阶段:非快速眼动睡眠(NREM)以慢波为特征,快速眼动睡眠(REM)则有另一种脑电节律与较低肌张力。声音要打断的并非一块始终相同的背景,这也使两种睡眠阶段的对比格外重要。
TeA 中 CaMKIIα 阳性细胞的钙活动,在清醒、NREM 和 REM 中都能记录到,REM 时反而最高。然而,直接激活这群细胞能迅速唤醒 NREM 中的小鼠,在 REM 中却没有同样效果。细胞活动的高低与它能否推动醒来,并不是一回事。
自然从 NREM 醒来时,这群细胞也没有明显的群体钙信号上升。研究于是从“所有醒来是否共享一种活动变化”,转向更具体的问题:声音打断睡眠时,它们会不会扮演不同角色?
来源:Yu H et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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叫醒小鼠的声音,伴随更强皮层响应
在 NREM 中播放噪声,成功唤醒的试次伴随更强的 TeA 钙响应。较弱的声音遇上较高响应,也可能叫醒小鼠;较响的声音若伴随较低响应,唤醒机会则会减少。响度与皮层响应共同描绘了这道门的开合。
在清醒小鼠中,单细胞电活动和群体钙记录都显示,声音越强,TeA 响应通常越大;对不同纯音频率的选择却较弱。这里关注的因而更接近声音强弱怎样牵动唤醒,而不是精细区分音高。
研究进一步在声音出现时抑制 TeA 细胞。小鼠被叫醒的概率下降,醒来更晚,醒后的清醒持续时间也缩短。从记录到干预,这群细胞与声音唤醒的联系变得清楚。
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门的状态,早已在变化
对于较轻的声音,后来醒来的试次,在声音开始前就有较高的 TeA 基线钙活动。较响声音下,这种基线差异不明显。外界输入较弱时,脑内原有状态与声音能否打断睡眠的联系尤其突出。
脑电还提供另一条线索:声音前部分 δ 慢波频段的功率越高,随后 TeA 的声音响应往往越弱。这是同步记录中的关联,让睡眠慢波与感觉响应相互联系,也解释了为何只知道音量仍难预测每一次醒来。
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能推动醒来,与会响应声音
TeA 的输出通向多个区域。激活它在杏仁核 BLA/La 或丘脑 LPMR 中的末梢,都能从 NREM 推动醒来,但其他受测靶点没有明显效果。接下来记录声音响应,两个有效靶点却分出了不同方向。
接收 TeA 输入的 BLA/La 细胞对噪声出现钙响应,LPMR 的相应细胞群则没有明显响应。人工激活能够唤醒,并不代表自然声音一定调用同一条联系;BLA/La 因而成为研究继续追踪的重点。
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从皮层送来的兴奋性输入
这条联系的两端,以谷氨酸能细胞为主:通向 BLA/La 的 TeA 细胞主要分布于皮层第二至第五层,BLA/La 中接收输入的细胞也大多属于兴奋性细胞。这里的连接是皮层与杏仁核之间的一次兴奋性接力。
在脑片里激活 TeA 末梢,BLA/La 的谷氨酸能细胞出现兴奋性突触反应,部分还产生动作电位。解剖上的路径因此有了功能支撑:皮层输出确实能够推动下游细胞。
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削弱这群皮层细胞,声音更难穿过睡眠
最后,研究按投射关系选中通向 BLA/La 的 TeA 细胞,再降低这群细胞的活动。声音唤醒概率随之下降,唤醒延迟增加,醒后的清醒时间缩短。整个 TeA 的干预与这群投射细胞的干预,指向一致的行为变化。
干预改变的不只有是否醒来,还有多快醒来、清醒能维持多久。这三个变化把声音引发的一次短暂中断展开成完整过程,也让皮层参与唤醒的方式不再只剩下一个是或否。
声音并非简单地从耳朵一路直达清醒。它在进入唤醒网络之前,还经过一个会随睡眠状态改变的皮层环节;TeA 与 BLA/La 的联系,正是其中一段可以影响结果的连接。
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听见与醒来之间,还有一道门
这项研究来自成年雄性小鼠,声音以噪声和纯音为主。它揭示的,是声音强度、脑内状态与一条皮层—杏仁核联系怎样共同关联唤醒。不同意义的自然声音是否经过同样的门控,仍是另一个有待回答的问题。