《NeuroImage》：A nap can recalibrate homeostatic and associative synaptic plasticity in the human cortex
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本研究针对日间短时睡眠（小睡）能否像夜间睡眠一样调节大脑皮层突触功能这一关键问题展开。研究人员通过一项严格的实验室对照实验（午睡vs.清醒），结合经颅磁刺激（TMS）和脑电图（EEG）技术，首次在人体中证实，仅需约44分钟的午后小睡即可有效降低净突触强度（表现为TMS静息运动阈值升高和清醒EEG theta活动降低），并显著增强配对联合刺激（PAS）诱导的长时程增强（LTP）样可塑性。该研究发表于《NeuroImage》，揭示了小睡对突触稳态和可塑性的快速“重置”作用，为理解睡眠的恢复性功能及其在认知健康中的应用提供了新的神经生理学证据。
在我们日复一日的学习、工作和生活中，大脑如同一个高效运转的信息处理器，不断地接收、编码和存储海量信息。这个过程的神经基础是突触可塑性，即神经元之间连接强度的动态变化。然而，长时间清醒会导致神经网络中突触连接的总体强度增加，仿佛硬盘空间被逐渐占满，从而降低大脑接收新信息、形成新记忆的能力，这种现象被称为“突触饱和”。根据著名的“突触稳态假说”，睡眠，尤其是夜间睡眠，能够全局性地下调突触强度，为大脑“腾出空间”，恢复其可塑性，为新一天的学习做好准备。但是，一个我们日常生活中常见的行为——午后小睡，是否也能触发类似的突触“重置”过程？这个问题尚未有明确的答案。以往的研究多集中于夜间睡眠，而对于时间更短、睡眠结构不同的日间小睡能否产生类似的神经可塑性益处，仍缺乏直接的证据。为了解决这一问题，由Kristoffer D. Fehér和Christoph Nissen领导的研究团队在《NeuroImage》上发表了一项研究，旨在探究短暂的午后小睡是否足以重新校准人类大脑皮层的稳态和联合突触可塑性。
为了回答这个问题，研究人员设计了一项严谨的实验室研究。他们招募了20名健康的年轻成年人，采用自身对照的重测测量设计。每位参与者需要完成三次实验室访问：一次适应性小睡和两次实验性会话（小睡会话与清醒会话，顺序随机分配）。实验会话在下午固定时间段（13:15-14:15）进行。在小睡会话中，参与者被给予一小时的睡眠机会；而在清醒会话中，参与者则保持清醒并进行轻度活动。在每次实验会话（小睡或清醒）后，研究人员使用了一系列非侵入性的神经生理学指标来评估大脑状态。他们通过经颅磁刺激（TMS）测量皮层脊髓兴奋性（包括静息运动阈值RMT和诱发特定大小运动诱发电位MEP所需的刺激强度SI1mV），并将其作为净突触强度的间接指标。同时，记录了清醒状态下的脑电图（EEG），并重点分析了theta频段（3.5-8 Hz）的活动，该活动被证实与突触强度相关。此外，为了评估大脑诱导新突触连接增强的能力（即联合可塑性），研究人员采用了配对联合刺激（PAS）协议。该协议通过配对刺激外周神经和大脑皮层运动区，诱导出类似长时程增强（LTP）的效应，并通过测量PAS前后TMS诱发的MEP振幅变化来量化LTP样可塑性的诱导能力。
3.1. 多导睡眠图
结果显示，在一小时的小睡机会中，参与者平均睡眠时间为43.5分钟，其中绝大部分（98.5%）为非快速眼动睡眠（NREM），N2和N3期睡眠占总睡眠时间的74.5%，表明小睡干预成功诱导了明确的NREM睡眠。
3.2. 净突触强度指标
3.2.1. TMS
研究结果支持了假设。与小睡后的清醒状态相比，小睡后需要更高的TMS刺激强度才能诱发阈值水平的运动反应（静息运动阈值RMT显著升高），这表明小睡后皮层兴奋性降低，间接反映了净突触强度的下降。然而，诱发1mV MEP所需的刺激强度（SI1mV）在两个条件间未显示出显著差异。
3.2.2. 清醒EEG theta活动
对清醒EEG theta功率的分析进一步支持了突触稳态假说。研究发现，清醒会话后，EEG theta功率显著增加；而在小睡会话后，theta功率则呈现下降趋势（尤其在3.5-4.5 Hz频段）。这种差异在紧邻TMS靶区的C4电极点最为明显，并且在小睡会话后以及PAS协议后，theta功率均显著低于清醒会话后的对应时间点。这表明小睡能够降低反映突触强度的theta活动。
3.2.3. 联合可塑性诱导能力指标
最关键的发现在于LTP样可塑性的诱导能力。如图3所示，小睡后应用PAS协议，能够引起MEP振幅的显著且持久的增加（持续至PAS后120分钟），表现为LTP样效应。而在清醒会话后应用相同的PAS协议，则未能诱导出显著的MEP增加。在单个参与者水平上，小睡后80%的参与者表现出LTP样反应，而清醒后仅有55%的参与者表现出LTP样反应。
3.2.4. 睡眠参数与突触可塑性指标间的关联
探索性分析显示，小睡期间的清醒时间百分比与清醒EEG theta功率的增加呈正相关。此外，清醒EEG theta功率从会话前到会话后的变化量与PAS诱导的可塑性程度存在时间依赖性的负相关，即会话后theta功率增加越多（暗示突触强度增加越大），后续PAS诱导的LTP样可塑性则越弱。
该研究的讨论部分强调，其结果有力地支持了核心假设：即使是短暂的午后小睡，也足以引发人类大脑皮层净突触强度的降低和LTP样可塑性诱导能力的增强。这与突触稳态假说以及先前关于夜间睡眠的研究结论一致，并首次在人体中证实了小睡同样具备这种快速“重新校准”突触功能的能力。研究指出，小睡期间平均33.6分钟的N2/N3期睡眠就足以观察到这些突触重整化的迹象。这不仅为理解睡眠的恢复性机制提供了新的视角，也将小睡对认知功能的益处与底层的神经可塑性变化直接联系起来。尽管研究存在一些局限性，例如缺乏假PAS对照来更精确地区分应答者，但总体而言，该工作表明，依赖于睡眠的突触调控可以快速发生，且不局限于夜间睡眠。这一发现为利用小睡来优化大脑功能、应对认知挑战（如高强度学习或需要持续注意力的工作）提供了坚实的神经科学依据，具有重要的理论和潜在的应用价值。
