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为探究睡眠中威胁信号处理机制，研究人员以低强度粗糙尖叫与中性发声为刺激，借助 EEG 记录清醒及 NREM 睡眠期脑反应。发现尖叫可增强 θ 相位一致性及睡眠纺锤波功率，揭示粗糙度在睡眠中具特殊处理优势，为睡眠听觉研究及环境音设计提供依据。
在人类的睡眠过程中，大脑虽然处于相对休息的状态，但仍需对外部环境中的威胁信号保持一定的警觉，以便在必要时及时唤醒个体应对危险。然而，目前对于大脑在睡眠中如何高效处理威胁信号的机制尚不完全明确。尤其是像尖叫声这样的特殊声音，其蕴含的声学特征是否能在睡眠中被优先处理，一直是科学界关注的重要问题。
来自瑞士日内瓦大学等机构的研究人员，针对这一科学问题展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为我们揭示了睡眠中声音处理的新机制。
研究人员主要采用了表面脑电图（EEG）记录技术，对参与者在清醒状态和全夜睡眠（尤其是 NREM 睡眠阶段）期间对低强度发声（包括粗糙的尖叫声和中性、低粗糙度的发声）的脑反应进行了研究。实验中使用的发声样本来自先前研究，经过严格控制，确保粗糙度和音高为主要变量，其他参数保持一致。参与者的睡眠状态通过多导睡眠图进行监测和评分，以准确区分不同睡眠阶段。
大脑对清醒状态下尖叫和中性发声的反应
研究首先测量了清醒状态下对尖叫和中性发声的事件相关电位（ERP）。尽管刺激以低强度呈现，但听觉 ERP 在 Cz 电极上表现出典型的 N1-P2-N2 成分。频谱分析显示，在 θ 和 δ 频率范围内，尖叫和中性发声均引起功率和事件间相位一致性（ITPC）的增加。进一步聚焦 θ 频率范围（4-8Hz），发现尖叫诱发的 ITPC 显著高于中性发声，表明尖叫的粗糙度增强了 θ 范围内诱发反应的相位一致性，即反应在不同试次间更为一致。
NREM 睡眠期间对尖叫和中性发声的脑反应
在 NREM 睡眠期间，尖叫和中性发声均诱发了以额部电极为主的慢波（如 P200、N550、P900 成分），但 ERP 时间进程在尖叫和中性发声之间未观察到差异。频谱分析显示，尖叫和中性发声在 δ（1-4Hz）和 θ 频率范围内均引起功率增加，且尖叫在 θ 范围内诱发了显著的 ITPC 增加，而中性发声则没有。此外，尖叫在 σ 频率范围（12-15Hz，与睡眠纺锤波相关）引起显著的功率增加，而中性发声未观察到该效应。回归分析表明，粗糙度与 σ 功率呈正相关，而音高与各频率功率无显著关联，进一步证实了粗糙度对睡眠纺锤波的特异性影响。
粗糙度与诱发睡眠振荡的关系
通过回归分析评估发声的粗糙度和音高与脑反应功率的关系，发现粗糙度而非音高与 σ 功率在特定时间窗口内呈显著正相关，表明粗糙度是驱动 σ 功率增加的关键因素。δ 和 θ 功率与粗糙度的关系未达显著水平，进一步凸显了粗糙度对睡眠纺锤波的选择性作用。
讨论与研究意义
本研究表明，即使在低强度下，尖叫声的粗糙度在清醒和 NREM 睡眠中均能增强 θ 相位一致性，促进更可靠的神经反应。这种效应可能与粗糙度触发广泛脑网络的同步化有关，涉及显著性和情绪处理网络。睡眠纺锤波作为刺激显著性的标志，其功率增加表明粗糙度提升了刺激的显著性，有助于在睡眠中快速检测威胁信号。
该研究首次明确了声学特征 “粗糙度” 在睡眠听觉处理中的特殊作用，为理解睡眠中威胁信号的神经机制提供了新视角。研究结果不仅有助于解释为何尖叫声能更有效地唤醒睡眠中的个体，还为设计更高效的警报系统、优化睡眠环境声音管理提供了科学依据。此外，研究揭示的粗糙度对睡眠振荡的调节机制，也为进一步探索睡眠与情绪、注意力的关系奠定了基础。
