《Developmental Cognitive Neuroscience》：Age and gender-related neurophysiological changes in sleep and wake states during childhood
编辑推荐：
本研究针对童年期（5-12岁）睡眠结构与脑发育的性别差异这一关键问题，通过家庭多导睡眠监测结合认知任务，首次系统揭示了女孩在深睡眠（N3）减少、睡眠纺锤频率加快、δ功率前移及觉醒期皮层兴奋性增强等方面的早熟特征，并发现其与执行功能提升的相关性。该成果为理解性别特异性神经发育提供了重要电生理证据，对探索发育性精神疾病的早期生物标志物具有深远意义。
人类大脑在童年期经历着持续且复杂的成熟过程，这一过程与睡眠生理结构的演变紧密交织。传统观点认为，5至12岁是睡眠结构的相对稳定期，但性别是否会导致不同的发育轨迹仍不明确。已有研究多聚焦青春期变化，对学龄期儿童睡眠的性别差异缺乏系统探讨。更重要的是，睡眠参数（如慢波睡眠和睡眠纺锤）如何反映大脑皮层及丘脑皮质环路的成熟，并与认知功能发展相关联，是发育认知神经科学的核心问题。
为解决上述问题，日内瓦大学基础神经科学系的Kevin Mammeri、Virginie Sterpenich等研究人员在《Developmental Cognitive Neuroscience》上发表论文，通过对61名5-12岁健康儿童（男女比例接近）进行家庭多导睡眠监测（polysomnography, PSG），并结合视觉记忆任务和持续注意力反应任务（Sustained Attention to Response Task, SART），从宏观睡眠结构、周期性神经振荡（如δ波、睡眠纺锤）和非周期性脑电背景（1/f斜率）等多维度，揭示了童年期睡眠与脑功能的性别差异化发展路径。
研究主要依托家庭环境下的多导睡眠监测技术，在儿童自然睡眠条件下采集整夜脑电（EEG）、眼电（EOG）和肌电（EMG）信号；采用FOOOF（Fitting Oscillations and One-Over-F）算法分离脑电信号的周期性与非周期性成分；通过YASA（Yet Another Spindle Algorithm）自动检测N2期睡眠纺锤特征；并利用线性混合效应模型统计分析年龄、性别与睡眠参数、认知表现之间的关联。
睡眠宏观结构呈现女孩早熟趋势
女孩的总睡眠时间（TST）、N3期和REM期睡眠持续时间随年龄增长显著减少，而男孩未见明显变化。例如，女孩N3时长与年龄呈负相关（r = -0.48, p = 0.008），男孩则无显著关联。这一发现提示女孩在童年期已开始出现深睡眠的减退，符合其更早的脑成熟模式。
睡眠纺锤频率加快仅见于女孩
在N2期睡眠中，女孩的睡眠纺锤频率随年龄显著上升（r = 0.51, p = 0.005），而男孩无此趋势。纺锤密度、功率和时长在两组中均随年龄增加，但频率的性别特异性变化凸显了女孩丘脑皮质环路更早的成熟。
δ功率拓扑迁移存在性别差异
δ功率（0.5–4 Hz）在N3期的前额区（Fz）显著高于枕区（Oz），且存在电极与性别的交互作用。女孩在Fz与Oz之间的δ功率差异大于男孩，表明女孩的慢波活动更早向前额叶迁移，与灰质成熟轨迹一致。
觉醒期非周期性斜率平坦化预示女孩皮层兴奋性增强
女孩在觉醒期脑电的非周期性斜率随年龄下降（r = -0.59, p = 0.002），反映皮层兴奋性随发育增强，而男孩无此变化。该指标进一步支持女孩神经环路兴奋/抑制平衡的早熟转变。
睡眠纺锤频率与执行功能正相关仅存在于女孩
女孩在SART任务早上的准确率随年龄提升（r = 0.43, p = 0.018），且与其睡眠纺锤频率显著正相关（r = 0.59, p = 0.001）。男孩则呈相反趋势。这表明女孩睡眠纺锤的加速与其注意力和执行功能发展密切相关。
记忆巩固未显示年龄或性别差异
视觉记忆任务中，奖励性项目（糖果）记忆效果优于非奖励项目，但一夜睡眠后的记忆巩固未受年龄、性别或睡眠参数影响，提示儿童记忆巩固机制可能更依赖清醒状态下的加工。
本研究通过生态化的家庭睡眠监测，首次系统刻画了童年期睡眠神经生理的性别二态性发展。女孩在N3减少、纺锤加速、δ功率前移及觉醒期兴奋性增强等方面的早熟模式，挑战了“童年期睡眠变化微弱”的传统认知，为理解性别差异性脑发育提供了电生理依据。这些发现不仅深化了睡眠与认知发展的关联机制，也为未来探索青春期精神疾病风险的早期生物标志物奠定了重要基础。
