睡眠慢波活动对颞叶听觉响应的调节机制：颅内脑电研究揭示环境监测的双重机制

《Progress in Oceanography》：Auditory responses in the temporal lobe are modulated by slow waves of sleep

本研究通过颅内脑电图（iEEG）技术，探索了非快速眼动（NREM）睡眠期间听觉处理的神经机制。研究发现，睡眠慢波活动（SWA）调制事件相关电位（iERP），而高频活动（HFA）响应则保持稳定，表明睡眠中存在依赖慢波和独立于慢波的双重环境监测机制，为睡眠中神经调控和认知处理提供了新见解。

　　

在睡眠过程中，大脑如何平衡对外界环境的监测与内部稳态维持的需求，一直是神经科学领域的关键问题。传统观点认为睡眠是大脑与外界脱节的状态，但近年研究发现，睡眠中大脑仍能处理感官信息甚至进行学习记忆。然而，关于听觉处理在睡眠中如何被调节及其神经机制，仍存在广泛争议。一些研究表明，睡眠中听觉诱发电位幅度增加、潜伏期延长，且受慢波活动调制；另一些研究则发现，单个神经元水平的听觉响应在睡眠和清醒状态下几乎无差别。为澄清这一矛盾，并深入解析睡眠中听觉处理的神经基础，研究人员开展了这项研究。

研究团队利用颅内脑电图（iEEG）技术，在18名药物难治性癫痫患者（接受术前监测）中，记录了他们在清醒和NREM睡眠状态下对纯音刺激的神经响应。通过分析事件相关电位（iERP）和高频活动（HFA，80-150 Hz，作为神经元活动的代理指标），并结合慢波检测和相位分析，系统探讨了听觉响应在睡眠中的特征及其与慢波活动的相互作用。

主要技术方法包括：采用颅内脑电图（iEEG）记录，覆盖外侧和内侧颞叶区域；通过纯音刺激范式，在清醒和NREM睡眠状态下呈现声音；使用主成分分析（PCA）解析听觉响应模式；基于希尔伯特变换提取瞬时相位，分析慢波相位对听觉响应的调制；采用线性混合效应模型（LME）进行统计检验，并应用聚类置换校正以控制多重比较。

2.1. 清醒和NREM睡眠中的听觉响应电生理特征

研究发现，iERP响应潜伏期在NREM睡眠中显著延迟（260±109 ms） compared 清醒状态（181±99 ms），而HFA响应潜伏期在两种状态下无显著差异。PCA分析显示，清醒状态下iERP响应可分为三个时间特性不同的组件，分别对应于外侧颞叶早期响应、内侧颞叶中期响应以及混合区域晚期响应；而在NREM睡眠中，所有组件的响应潜伏期均延迟，且失去了清醒状态下的时空层级结构。这表明，NREM睡眠削弱了听觉处理的时间特异性。

2.1.1. 清醒和NREM睡眠中的听觉响应模式

在清醒状态下，iERP响应显示出明显的解剖梯度：响应潜伏期与距初级听觉皮层（A1）的距离显著相关，且在后部和下部颞叶皮层响应更早。然而，在NREM睡眠中，这种距离依赖性和空间梯度均消失，表明睡眠破坏了听觉处理的层级组织。

2.1.2. 清醒和NREM睡眠中听觉响应的空间特征

将触点按外侧和内侧颞叶分组分析发现，iERP响应潜伏期在NREM睡眠中于外侧颞叶显著延迟，但在内侧颞叶无此现象。HFA响应在两种状态下均无区域差异。时间频率分析显示，外侧颞叶在清醒和NREM睡眠中均出现早期全频段功率增加，但NREM睡眠中随后出现高频功率下降；内侧颞叶则主要表现为低频功率增加，无HFA响应。

2.2. 慢波活动的检测与调制

研究人员检测了局部慢波样活动（0.5-4 Hz），并验证了其与gamma包络（80-100 Hz）及单单元活动的耦合关系，确认慢波波谷与神经活动抑制相关。分析发现，听觉刺激后全局慢波（在≥50%触点中出现的慢波）的发生率显著高于伪刺激条件，表明声音刺激能促进慢波活动，且这一效应不仅限于新皮层。

2.3. 相位依赖性听觉刺激

通过分析声音呈现时局部慢波的瞬时相位，发现iERP响应受慢波相位显著调制：当声音出现在慢波峰值或之后时（45-225°），iERP响应最强且最早；而在波谷期（225-315°）则响应最弱且最迟。这种调制在外侧和内侧颞叶均存在，但HFA响应不受慢波相位影响，表明iERP反映的群体突触活动受慢波调控，而HFA代表的局部神经元活动则具有慢波抵抗性。

研究结论表明，NREM睡眠中，听觉处理存在双重机制：iERP响应受慢波活动调制，而HFA响应保持稳定。这揭示了睡眠中大脑同时具备环境监测能力（通过HFA）和状态依赖性信息处理（通过iERP），为理解睡眠中感官处理与认知功能的平衡提供了新视角。讨论部分强调，这些发现有助于解决以往研究中看似矛盾的结论，并可为基于听觉刺激的睡眠神经调控（如记忆巩固和睡眠深度调节）提供精准靶点。未来研究可进一步探讨REM睡眠中的听觉处理，以及使用更复杂的刺激范式考察睡眠中高级认知功能的保留程度。

该研究发表于《Progress in Oceanography》，通过高时空分辨率的iEEG技术，首次在人类颅内水平系统揭示了睡眠慢波对听觉处理的相位特异性调制，深化了对睡眠中大脑环境监测机制的理解，并为开发靶向性神经调控策略奠定了理论基础。