心理科学进展2013，ol.21,No.3,448-457 Advances in Psychological Science D0L:10.3724/SPJ.1042.2013.00448 睡眠的同步EEG-fMRI研究述评 雷旭12刘欢12李红1,2,3 ('西南大学心理学院，重庆400715)(2认知与人格教育部重点实验室，重庆400715) (2辽宁师范大学，辽宁116029) 摘要同步EEG-fMRI利用了脑电和功能磁共振在时空分辨率上的互补优势，为睡眠研究提供了多模态的 无创手段，这使得睡眠的神经成像研究可以借助电生理方法进行睡眠分期和特殊脑电事件研究，为探讨不同 意识状态下神经活动动态过程提供了条件，本评述从自发脑活动和睡眠中的知觉过程两方面介绍了目前该领 域的最新进展，结合硬件构成、被试安全和数据质量等问题总结了同步记录应用于睡眠的优缺点，同步 EEG-fMRI技术在睡眠研究中的应用对于阐明意识状态转换的神经机制具有深刻意义，并有可能为临床睡眠 障碍的诊断和治疗提供全新的思路。 关键词多模态；同步EEG-MRL,快速眼动睡眠，非快速眼动睡眠 分类号B845 睡眠是一种自发、可逆的周期性状态，人一 movements.REM)和非快速眼动(non REM,NREM) 生约有三分之一的时间是在睡眠中度过。睡眠过 睡眠的基础(Rechschaffen&Kales,I968)。结合睡 程中机体的意识暂时中断，对外界刺激的反应降 眠特异的脑电波如纺锤波(spindle)、K复合波 低，这也是机体复原、信息整合和记忆巩固的重 (K-complex)和睡眠慢波等可以进一步将NREM 要环节(Duym,2012)。良好睡眠是健康不可缺少的 期分为四个睡眠时相。从第I期到第V期睡眠由 组成部分，随着社会节奏的加快，我国存在睡眠 浅入深，相应唤醒國限不断提高，信息加工和意 障碍的人群越来越广，这己成为戚胁公众健康的 识状态也随之发生巨大改变。 一个突出问题，受到了广泛关注。目前虽然已有 目前，借助于EEG的睡眠研究集中于探讨各 大量睡眠相关的研究，然而睡眠及睡眠障碍的神 睡眠脑电波的生理功能和外界刺激诱发的睡眠状 经生理基础仍不清楚。 态下事件相关电位(event-related potential,ERP)o 1 引言 已经发现，睡眠纺锤波参与了新旧知识的整合， 可以帮助人们将新学习的词语整合到已有的心理 睡眠研究方法的突破最早得益于脑电 词汇库中(Tamminen,Payne,Stickgold,Wamsley,. (electroencephalography,EEG)技术，它提供了人 &Gaskell,,2010)。对于K复合波，最近的研究揭 们睡着或苏醒的客观脑活动指标。目前国际睡眠 示了其功能上的两面性：一方面通过周期性地对 分期标准采用多导睡眠图(polysomnography,PSG) 皮层下组织的监控实现基本的信息处理和实时觉 进行分期，EEG是划分快速眼动(rapid eye 醒的功能：另一方面，它能隔离感觉皮层传入的 刺激，从而保证睡眠的连续性(Jahnke et al,. 2012)。通过对比各睡眠脑电波的空间分布，人们 收稿日期：2012-08-09 还发现纺锤波和慢波在不同脑区出现的时间并不 ·国家自然科学基金项目(31200857,81171289)，中央 同步，睡眠期间脑内信息的流通受到限制Nir et 高校基本科研业务费专项基金(SWU1209319),教育 al.,2011)。ERP技术通常用于观察睡眠状态下刺 部人文社科基金(12YJC190015)及211工程国家重点 学科建设项目NSKD11047)资助。 激引起的脑活动。目前已经知道许多典型的晚期 通讯作者：雷旭，E-mail:xlei@swu.edu.cn ERP成分在睡眠条件下都会表现出潜伏期的延长， 448心理科学进展 2013, Vol. 21, No. 3, 448–457 Advances in Psychological Science DOI: 10.3724/SP.J.1042.2013.00448 448 睡眠的同步 EEG-fMRI 研究述评* 雷 旭 1,2 刘 欢 1,2 李 红 1,2,3 ( 1 西南大学心理学院, 重庆 400715) (2 认知与人格教育部重点实验室, 重庆 400715) ( 3 辽宁师范大学, 辽宁 116029) 摘 要 同步 EEG-fMRI 利用了脑电和功能磁共振在时空分辨率上的互补优势, 为睡眠研究提供了多模态的 无创手段。这使得睡眠的神经成像研究可以借助电生理方法进行睡眠分期和特殊脑电事件研究, 为探讨不同 意识状态下神经活动动态过程提供了条件。本评述从自发脑活动和睡眠中的知觉过程两方面介绍了目前该领 域的最新进展, 结合硬件构成、被试安全和数据质量等问题总结了同步记录应用于睡眠的优缺点。同步 EEG-fMRI 技术在睡眠研究中的应用对于阐明意识状态转换的神经机制具有深刻意义, 并有可能为临床睡眠 障碍的诊断和治疗提供全新的思路。 关键词 多模态; 同步 EEG-fMRI; 快速眼动睡眠; 非快速眼动睡眠 分类号 B845 睡眠是一种自发、可逆的周期性状态, 人一 生约有三分之一的时间是在睡眠中度过。睡眠过 程中机体的意识暂时中断, 对外界刺激的反应降 低, 这也是机体复原、信息整合和记忆巩固的重 要环节(Duyn, 2012)。良好睡眠是健康不可缺少的 组成部分, 随着社会节奏的加快, 我国存在睡眠 障碍的人群越来越广, 这已成为威胁公众健康的 一个突出问题, 受到了广泛关注。目前虽然已有 大量睡眠相关的研究, 然而睡眠及睡眠障碍的神 经生理基础仍不清楚。 1 引言 睡眠研究方法的突破最早得益于脑电 (electroencephalography, EEG)技术, 它提供了人 们睡着或苏醒的客观脑活动指标。目前国际睡眠 分期标准采用多导睡眠图(polysomnography, PSG) 进行分期 , EEG 是划分快速眼动 (rapid eye 收稿日期: 2012-08-09 * 国家自然科学基金项目(31200857, 81171289), 中央 高校基本科研业务费专项基金(SWU1209319), 教育 部人文社科基金(12YJC190015)及 211 工程国家重点 学科建设项目(NSKD11047)资助。 通讯作者: 雷旭, E-mail: xlei@swu.edu.cn movements, REM)和非快速眼动(non REM, NREM) 睡眠的基础(Rechschaffen & Kales, 1968)。结合睡 眠特异的脑电波如纺锤波(spindle)、K 复合波 (K-complex)和睡眠慢波等可以进一步将 NREM 期分为四个睡眠时相。从第 I 期到第 IV 期睡眠由 浅入深, 相应唤醒阈限不断提高, 信息加工和意 识状态也随之发生巨大改变。 目前, 借助于 EEG 的睡眠研究集中于探讨各 睡眠脑电波的生理功能和外界刺激诱发的睡眠状 态下事件相关电位(event-related potential, ERP)。 已经发现, 睡眠纺锤波参与了新旧知识的整合, 可以帮助人们将新学习的词语整合到已有的心理 词汇库中(Tamminen, Payne, Stickgold, Wamsley, & Gaskell, 2010)。对于 K 复合波, 最近的研究揭 示了其功能上的两面性：一方面通过周期性地对 皮层下组织的监控实现基本的信息处理和实时觉 醒的功能; 另一方面, 它能隔离感觉皮层传入的 刺 激 , 从而保证睡眠的连续性 (Jahnke et al., 2012)。通过对比各睡眠脑电波的空间分布, 人们 还发现纺锤波和慢波在不同脑区出现的时间并不 同步, 睡眠期间脑内信息的流通受到限制(Nir et al., 2011)。ERP 技术通常用于观察睡眠状态下刺 激引起的脑活动。目前已经知道许多典型的晚期 ERP 成分在睡眠条件下都会表现出潜伏期的延长