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为探究 urethane 麻醉能否准确模拟自然睡眠，研究人员对比小鼠顶叶皮层在 urethane 麻醉失活状态（dU）与自然非快速眼动睡眠（NREM）的慢振荡（SO）等。发现两者在 LFP、电流源及单位活动调制上差异显著，表明麻醉模型存在局限性。
睡眠是生命不可或缺的生理过程，而麻醉则是现代医学中让患者暂时失去意识的重要手段。长久以来，科学界常将麻醉状态作为研究睡眠的模型，认为两者在脑电活动等方面存在相似性，尤其是 urethane 麻醉，因其能产生类似自然睡眠的脑电模式，被广泛用于睡眠相关研究。然而，这种类比是否准确？不同状态下脑电活动的相似性是否源于相同的神经机制？这些问题一直困扰着研究者。若不能明确麻醉与自然睡眠的本质差异，可能会导致基于麻醉模型的研究结果偏离真实睡眠机制，进而影响对睡眠相关疾病（如失眠、嗜睡症）的理解与治疗策略开发。
为解决这一关键科学问题，德国海德堡大学（Heidelberg University）的 Jurij Branka?k、Andreas Draguhn 与巴西北里奥格兰德联邦大学（Federal University of Rio Grande do Norte）的 Adriano B. L. Tort 等研究人员开展了一项深入研究，旨在系统比较自然睡眠与 urethane 麻醉状态下的脑电活动特征及神经机制差异。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为正确认识麻醉与睡眠的关系提供了重要科学依据。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：对 34 只 C57/BL6 雄性小鼠进行慢性电极植入，记录自由活动小鼠顶叶皮层（PAC）的局部场电位（LFP）和多单元活动（MUA），同步监测睡眠 - 觉醒阶段；对 22 只小鼠实施 urethane 麻醉，记录失活状态（dU）和激活状态（aU）的脑电信号；运用时间 - 频率分析、功率谱密度（PSD）分析、电流源密度（CSD）分析等电生理技术，对比不同状态下慢振荡（SO，0.1–1.5 Hz）、δ 波（1.5–4 Hz）和 θ 波（3.5–12 Hz）的特征；通过细胞内记录和多单元活动分析，探究神经元在 “UP” 和 “DOWN” 周期的活动模式。
自然睡眠与 urethane 麻醉的慢网络活动异同
在慢波活动方面，dU 和 NREM 均存在显著慢波，但 dU 的慢波活动更规律、持续且振幅更大（dU：356±67 μV；NREM：204±22 μV）。功率谱分析显示，NREM 功率峰值仅出现在 δ 波范围（2.33±0.11 Hz），而 dU 主要在慢振荡（SO）范围（0.90±0.04 Hz），部分动物同时存在 δ 波峰值。深度分布上，dU 的 SO 和 δ 波在皮层上层振幅大且存在极性反转，而 NREM 的 δ 波在深层振幅更大且无极性反转。这表明两者的慢振荡机制不同。
激活状态下 θ 波活动的异同
自然快速眼动睡眠（REM）与 urethane 激活状态（aU）均以 θ 波为特征，但 aU 的 θ 波频率（4.7±0.1 Hz）显著低于 REM（7.6±0.1 Hz），振幅也更小（aU：99±9 μV；REM：203±17 μV）。尽管两者 θ 波在皮层内无相位偏移，但 aU 在海马锥体细胞层表现出 abrupt 相位 shift，而 REM 为 gradual phase shift。这说明 aU 与 REM 的 θ 波虽有相似性，但神经机制仍有差异。
“UP” 和 “DOWN” 周期的差异
dU 中 “UP”（神经元放电）和 “DOWN”（静息）周期更为明显，背景活动接近零，单元活动调制强烈；而 NREM 的 “DOWN” 期背景活动较高，“UP” 期持续时间更短，调制较弱。细胞内记录显示，dU 的膜电位波动幅度更大，与慢波活动同步性更高，进一步表明两者的神经元活动模式存在本质区别。
皮层深浅层慢振荡的差异
CSD 分析显示，dU 的 δ 波在皮层上层有强电流源和汇，而 NREM 的 δ 波电流源汇较弱且集中在深层。多单元活动调制方面，dU 的表面 δ 波能强烈激活神经元，深层 δ 波则抑制活动；NREM 的 δ 波调制作用整体较弱，且深浅层效应差异不显著。这提示两者的电流产生机制和神经元交互作用不同。
研究结论表明，尽管 urethane 麻醉与自然睡眠在脑电模式上存在表面相似性，但慢振荡的产生机制截然不同。dU 的慢振荡以规律的 SO 和 δ 波为主，依赖于皮层上层的强电流源汇和神经元同步活动；而自然 NREM 睡眠的 δ 波更分散，源于深层皮层的弱电流活动，且神经元活动调制较弱。在激活状态下，aU 的 θ 波虽与 REM 有一定相似性，但频率和相位特征的差异表明其神经环路调控不同。
该研究的重要意义在于首次系统揭示了 urethane 麻醉作为睡眠模型的局限性，提醒研究者在利用麻醉状态研究睡眠时需谨慎解读结果。同时，研究为深入理解睡眠和麻醉的神经机制提供了新视角，有助于开发更准确的睡眠研究模型，推动睡眠障碍和麻醉相关神经科学的发展。此外，研究结果对解析意识状态转换的共同神经机制具有启示作用，为探索昏迷、镇静等状态的本质提供了参考依据。
