27、利用细胞外记录研究睡眠稳态

利用细胞外记录研究睡眠稳态

1. 睡眠慢波与稳态调节

在清醒状态下，大脑皮层不同区域的活动程度存在差异。研究发现，那些在清醒时更活跃的皮层区域，在睡眠中会表现出更高的慢波活动（SWA），而活跃度较低的区域则SWA降低。在非快速眼动（NREM）睡眠期间，皮层神经元的放电呈现出短而频繁的群体活动期，此时神经元强烈且同步放电，而神经元沉默期则长且频繁。

通过多微丝电极记录多个皮层区域的局部细胞外低频电场电位（LFPs），是研究睡眠调节的有效方法。这种技术的优势在于：
- 能够以高空间分辨率记录LFPs。
- 不像人类头皮脑电图那样受容积传导的干扰。
- 同时记录大量皮层神经元的细胞外活动，有助于阐明单神经元和多神经元活动的动态变化如何导致LFPs的稳态变化。

有一种假设认为，睡眠SWA可能反映了皮层突触的平均强度。在清醒时，由于可塑性过程，突触强度会增加；而在睡眠中，通过依赖睡眠的突触缩放机制，突触强度会降低。高平均突触强度在睡眠中促进网络同步，表现为脑电图上SWA增加；随着睡眠进行，SWA逐渐降低，反映了由于皮层连接减弱导致的网络同步性下降。这会导致较少神经元同相放电，使神经元进入UP状态的效率降低、放电率更不规则，以及长时间同步DOWN状态罕见出现。因此，理解自发睡眠动物新皮层中同步慢振荡的网络动力学，有助于揭示睡眠脑电图稳态变化的机制。

2. 实验材料

2.1 电极选择

同时记录LFPs和多单元活动（MUA）时，使用大量小电极（直径20 - 50μm）组成的束或阵列，通常能确保对皮层的损伤较小，并能记录到足够数量的神经元，使样本具有代表性。研究认为，细胞外信号的低频段受组织 - 电极