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REM总量相近,睡眠节奏为何变了?

Research (Washington, D.C.) · 2024-04-30

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Research (Washington, D.C.) · 研究前沿

REM总量相近,睡眠节奏为何变了?

小鼠研究发现,投向SLD的食欲素细胞与后续REM间隔相关;移除这一群体,短暂NREM后转入REM的比例增加,需求升高时睡眠更碎片化。

AI概念图:熟睡小鼠与抽象神经网络中的柔和活动,表现睡眠时序研究;不是真实REM记录或食欲素-SLD解剖图

食欲素常因促进觉醒受到关注,但它的一部分细胞在快速眼动睡眠(REM)中同样活跃。它们究竟在做什么?2024年4月30日发表于 Research 的研究,追踪投向脑桥背外侧被盖核SLD的食欲素细胞。团队发现,这群细胞的活动与后续REM间隔相联系。移除它们以后,REM总量仍相近,进入REM的时序却改变了;睡眠的完整性,原来还藏在次数、间隔和每段持续多久之中。

关键发现

投向SLD的食欲素细胞在REM中逐渐活跃,其稳态活动与后续REM间隔正相关;消融该群体增加入睡期REM样转变,在REM需求升高时还导致更多、更短的REM片段。

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一群分散的细胞,输出偏向同一站点

食欲素细胞位于下丘脑,却把轴突送到许多区域。按投射目标区分,团队标记出通向SLD的一群细胞:胞体分散在外侧下丘脑,纤维则主要汇聚到SLD。这一分工从输出去向中显现,而不是只靠胞体的位置。

它们也有其他分支,蓝斑和背外侧被盖核等区域可见较少纤维,其他受测区域更稀疏。偏向SLD的结构,让研究进一步追问这群细胞是否参与REM的特殊调节。

原论文图 1一群分散的细胞,输出偏向同一站点
一群分散的细胞,输出偏向同一站点
原论文 Figure 1:投向SLD的食欲素细胞分散于下丘脑,轴突主要集中到SLD,并保留较少的其他分支。
来源:Feng H et al. · Research (Washington, D.C.) · CC BY
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这一轮的活动,联系着下一轮的间隔

进入REM后,这群细胞的钙信号逐渐上升,随后保持相对稳定,直到该段REM结束。稳定活动较高时,REM脑电中的theta成分比例更高,但与这一段REM持续多久、肌电大小没有显著相关。

更有意思的是,活动水平与后续REM间隔指标正相关。另一群投向脑桥网状核PnO的食欲素细胞,虽然活动时程相似,却主要与当前REM持续时间相关,和后续间隔没有显著联系。同样在REM中活跃,不同输出群体可以关联不同时间尺度。

原论文图 2这一轮的活动,联系着下一轮的间隔
这一轮的活动,联系着下一轮的间隔
原论文 Figure 2:SLD投射群体的稳态活动关联后续REM间隔,PnO群体主要关联当前REM时长;两者活动时程相似。
来源:Feng H et al. · Research (Washington, D.C.) · CC BY
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集中的输出,接收多处输入

这群细胞的上游并不单一。追踪显示,下丘脑、未定带ZI等多处区域提供直接输入。投向食欲素细胞的ZI群体,在REM中也逐渐活跃,却没有与REM时长或后续间隔呈显著相关。

因此,相似的活动曲线,并不自动对应相同功能。多处输入可能共同塑造食欲素细胞的回应,特定输出再将它带向SLD;这里的追踪和活动记录,为这种组织方式提供了线索。

原论文图 3集中的输出,接收多处输入
集中的输出,接收多处输入
原论文 Figure 3:多脑区向SLD投射食欲素细胞提供输入,ZI相关群体在REM中的活动具有相似上升过程。
来源:Feng H et al. · Research (Washington, D.C.) · CC BY
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REM没有少很多,出现的顺序却变了

消融投向SLD的食欲素细胞后,其他食欲素细胞仍大量保留。通常记录中,REM总量、片段数和平均时长都没有显著改变,首次REM潜伏期与平均后续间隔也相近。在同一段记录中,觉醒和非快速眼动睡眠总量,也没有因移除这一群体而显著改变。变化出现在一类特定转变:仅经过很短的NREM,便进入REM。

这种入睡期REM样转变的比例,由约8%升到约22%。它的发生比例增加,进入这类转变的平均潜伏期却未显著变化。团队将其与REM需求释放不足联系起来,显示睡眠总量相近时,时序仍可能发生重要变化。

原论文图 4REM没有少很多,出现的顺序却变了
REM没有少很多,出现的顺序却变了
原论文 Figure 4:消融后入睡期REM样转变比例增加,而REM总量、次数、平均时长及受测潜伏期和平均间隔未显著改变。
来源:Feng H et al. · Research (Washington, D.C.) · CC BY
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需求升高时,REM被切成更多小段

在REM睡眠需求升高的恢复阶段,消融组的变化更明显:入睡期REM样转变增多,后续REM间隔缩短,片段次数增加,平均每段持续时间减少。REM总量依然没有显著组间差异,记录到的是更碎的组织方式。首次进入REM的潜伏期仍相近,异常主要落在之后的重复和碎片化。

对照组的恢复主要通过较长片段展开,消融组更偏向增加片段次数,回补过程也延后。一次REM不只是占据几分钟,它还可能影响下一次REM什么时候到来,以及睡眠需求怎样被有序满足。

原论文图 5需求升高时,REM被切成更多小段
需求升高时,REM被切成更多小段
原论文 Figure 5:REM需求升高后,消融组片段更短、更多,间隔缩短,入睡期REM样转变增加;REM总量仍未显著改变。
来源:Feng H et al. · Research (Washington, D.C.) · CC BY
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患者资料提供一层相关性观察

团队还回顾了41名Ⅰ型发作性睡病患者的资料。日间睡眠测试中入睡期REM次数较多,与较高的抑郁自评指数相关;与猝倒评分、身体质量指数或焦虑自评指数的线性相关,则没有显著结果。

按自评量表分组时,抑郁和焦虑指标较高的组都有较多入睡期REM;这类转变的潜伏期,各组仍相近。人群资料与动物的时序发现相互呼应,但观察的是既有患者中的关联,尚未直接测量这些患者的SLD投射食欲素细胞。

原论文图 6患者资料提供一层相关性观察
患者资料提供一层相关性观察
原论文 Figure 6:入睡期REM次数与抑郁自评指数正相关;焦虑分组差异与线性相关结果不同,潜伏期比较未见显著变化。
来源:Feng H et al. · Research (Washington, D.C.) · CC BY
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睡眠的完整性,也藏在节奏中

这项研究将REM的时长、间隔与稳定性分开观察。投向SLD的食欲素细胞,在REM期间持续活动,并与下一轮出现的节奏相联系;失去这群细胞后,总量可以相近,转换和回补方式却改变。

活动与间隔的相关,结合细胞消融后的变化,支持食欲素系统中存在调节REM需求释放的分工。临床资料提出了睡眠时序与情绪症状的联系,也让后续研究能够围绕具体的细胞群、睡眠结构和人群状态继续追问。

论文信息

Feng H, Qiao QC, Luo QF, Zhou JY, Lei F, Chen Y, Wen SY, Chen WH, Pang YJ, Hu ZA, Jiang YB, Zhang XY, Zhou TY, Zhang XY, Yang N, Zhang J, Hu R.
Orexin Neurons to Sublaterodorsal Tegmental Nucleus Pathway Prevents Sleep Onset REM Sleep-Like Behavior by Relieving the REM Sleep Pressure
Research (Washington, D.C.) · 2024-04-30
DOI: 10.34133/research.0355