睡眠剥夺后背侧视觉通路节点特性增强与视觉空间认知能力的代偿机制

这篇研究通过脑电图（EEG）和图论分析，揭示了36小时完全睡眠剥夺（TSD）后，大脑通过增强背侧视觉通路（dorsal visual pathway）的节点效率（nodal efficiency）和小世界网络属性（small-worldness index, sigma），代偿性维持视觉空间认知功能的行为表现。研究发现，TSD虽延长反应时（RT），但镜像120°任务的准确率（ACC）显著提升，且与δ波段的sigma值及α波段左额中回（middle frontal gyrus）和左颞上回（superior temporal gyrus）的节点效率增强正相关，表明前额叶自上而下调控与颞叶自下而上信息整合的共同代偿机制。

　　

引言

视觉是人类最关键的感知能力，但完全睡眠剥夺（TSD）会损害视觉空间认知功能。尽管证据表明大脑会主动对抗TSD的不良影响以维持视觉认知，但其神经机制尚不明确。研究通过EEG和图论方法，探索TSD后视觉背侧和腹侧通路的代偿机制，重点关注顶叶区域和高级认知脑区的协同作用。

材料与方法

24名健康成年人（12男12女）在基线状态（BS）和36小时TSD后完成心理旋转任务和静息态EEG采集。EEG数据经0.1-40 Hz滤波和独立成分分析（ICA）去噪后，基于AAL-90图谱和相位锁定值（PLV）构建功能连接矩阵，计算小世界属性（sigma）、节点效率（nodal efficiency）等图论指标。行为数据通过2（BS/TSD）×2（正常/镜像）×4（旋转角度）的重复测量方差分析（ANOVA）评估。

结果

行为表现：TSD显著延长RT（p=0.006），但镜像120°任务的ACC意外提升（p<0.001），表明受试者通过延长RT策略维持高难度任务表现。EEG分析：

1. 1.

   全局属性：TSD后δ、θ、β波段的sigma值显著增加（p<0.01），提示小世界网络效率提升。

2. 2.

   节点属性：背侧视觉通路的顶叶区域（如顶上小叶、角回）在δ/θ波段的节点效率增强；α波段左额中回（r=0.536）和左颞上回（r=0.550）的节点效率与镜像120° ACC改善正相关。

讨论

1. 1.

   背侧通路代偿：顶叶节点效率增强可能通过优化局部信息传递对抗TSD导致的资源耗竭，与既往fMRI发现的视觉皮层活动增强一致。

2. 2.

   前额叶-颞叶协同：额中回（自上而下控制）和颞上回（多模态信息整合）构成双重代偿通路，弥补TSD对工作记忆和注意力的损害。

3. 3.

   频率特异性：慢波（δ/θ）活动增强反映疲劳状态下的神经振荡调整，而α波段可能与高级认知代偿相关。

局限与展望

EEG空间分辨率限制脑区定位精度；未来需结合fMRI和睡眠监测探讨TSD对记忆巩固的影响。

结论

TSD通过增强背侧视觉通路的节点特性和小世界网络效率，联合前额叶-颞叶的调控整合，形成多层级代偿机制，为睡眠剥夺下的认知保护提供新见解。