海馬在睡眠相關(guān)的記憶加工中扮演關(guān)鍵的角色，但目前尚不清楚海馬決定哪些特定的睡眠特征。針對(duì)局灶性雙側(cè)海馬損傷和健忘癥患者睡眠生理機(jī)制的研究可為其提供重要證據(jù)，但這樣的研究卻很少。英國倫敦大學(xué)科研人員在Current Biology雜志發(fā)表文章研究該問題。實(shí)驗(yàn)通過使用家庭多導(dǎo)睡眠儀研究選擇性/局灶性雙側(cè)海馬損傷的記憶障礙患者和匹配對(duì)照組在4個(gè)夜晚的睡眠，對(duì)其睡眠進(jìn)行綜合定性和定量分析，以確定海馬對(duì)睡眠表型的作用。研究發(fā)現(xiàn)：患者的睡眠生理機(jī)制和質(zhì)量的一般特征是完整的。

但相對(duì)于對(duì)照組，患者在N2睡眠中表現(xiàn)出顯著減少的慢波睡眠（SWS，可能由于慢波密度的降低）和降低的慢波活動(dòng)（SWA）；相反，對(duì)照組與患者的慢速和快速紡錘體無顯著差異。而且患者表現(xiàn)出慢波振蕩（SOs），并發(fā)現(xiàn)SO-快速紡錘體耦合。然而，我們注意到患者慢波振蕩周期的后期出現(xiàn)快速紡錘體，這可能表明與記憶鞏固有關(guān)的SO-spindle-ripple events在時(shí)間上的不匹配。選擇性雙側(cè)海馬損傷對(duì)皮層大尺度振蕩活動(dòng)的影響表明，海馬完整性對(duì)于慢波睡眠調(diào)節(jié)和微調(diào)慢波振蕩-快速紡錘體耦合的時(shí)間序列是必要的，這反過來又說明海馬對(duì)于有效情景記憶是必需的。 

方法：

實(shí)驗(yàn)方法中所使用的工具

 被試：4名選擇性/局灶性雙側(cè)海馬損傷的記憶障礙患者，10名與患者相匹配（人口學(xué)因素：年齡、性別、體重指標(biāo)和非語言IQ）的健康被試作為對(duì)照組。根據(jù)患者選擇性病變和神經(jīng)心理特征選擇被試，從T2-weighted像中手動(dòng)分割海馬體，結(jié)果顯示相對(duì)于健康對(duì)照組，4名患者具有很大的海馬體積損傷（FigureS1和TableS1）。并且神經(jīng)檢測證明患者海馬外無損傷，基于全腦體素的自動(dòng)形態(tài)學(xué)顯示患者和對(duì)照組在大腦其他地方?jīng)]有體積差異。選擇患有LGI1 VGKC-complex antibody LE的罕見局灶性海馬病變患者，使研究者能夠確定海馬在睡眠生理機(jī)制中的直接作用，而不受與病因異質(zhì)性相關(guān)的潛在因素干擾。患者無癲癇或使用癲癇藥物，也沒有接受低鈉血癥的治療，因此，與LGI1 VGKC-complex antibody LE初始表現(xiàn)相關(guān)的其他特征-如局灶性癲癇發(fā)作和下丘腦損傷相關(guān)的低鈉血癥-也不太可能解釋該研究效應(yīng)。

圖S1：其中一個(gè)對(duì)照組被試和4個(gè)患者的MR圖像。

表S1：人口學(xué)特征和SWS(慢波睡眠)。

研究過程：      

1）使用一系列互補(bǔ)方法，對(duì)睡眠表型進(jìn)行深入檢查。其中包括評(píng)估過去一個(gè)月習(xí)慣性睡眠習(xí)慣的標(biāo)準(zhǔn)化問卷（匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)，The Pittsburgh Sleep Quality Index）、白天嗜睡程度（愛普華斯睡眠量表，The Epworth Sleepiness Scale）、評(píng)估睡眠類型--被試是“早晨”還是“晚上”類型的人（晨曦問卷，The Morningness-Eveningness Questionnaire）、WatchPAT-200（一種利用外周動(dòng)脈張力檢測阻塞性睡眠呼吸障礙的診斷裝置，采用zzzPAT軟件分析信號(hào)，識(shí)別呼吸事件和睡眠狀態(tài)。使用PAT呼吸暫?；虿蛔阒笜?biāo)[AHI]，提供夜間每小時(shí)呼吸暫停和呼吸不足的次數(shù)）、Actiwatch 2（患者連續(xù)7天7夜穿戴Actiwatch 2，無創(chuàng)監(jiān)測人類休息/活動(dòng)周期。在30s的時(shí)間段中收集活動(dòng)數(shù)據(jù)并采用Philips Actiware 6.0.2軟件進(jìn)行分析，接著對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分）、多功能睡眠記錄儀（PSG；通過頭皮EEG和其他生理指標(biāo)[眼動(dòng)EOG、肌電EMG、心率ECG]測量睡眠階段的神經(jīng)信號(hào)）。并要求被試填寫睡眠日記。當(dāng)睡眠日記與睡眠記錄儀的數(shù)據(jù)不匹配時(shí)，采用客觀指標(biāo)衡量：活動(dòng)計(jì)數(shù)、事件標(biāo)記和亮度水平。感興趣的變量是：睡眠效率、整體睡眠時(shí)間、睡眠破碎指數(shù)（FI，心神不寧指標(biāo)）、夜間到夜間的睡眠時(shí)間變異性、平均就寢時(shí)間和平均睡眠中點(diǎn)（睡覺時(shí)間和起床時(shí)間之間的一半時(shí)間）。     2）研究者使用Brain Products system在家中對(duì)患者進(jìn)行PSG測試，收集患者4個(gè)晚上的PSG數(shù)據(jù)。使用24導(dǎo)電極帽記錄患者的PSG信號(hào)，并包括眼電（EOG）、肌電（EMG）和心電（ECG）。采用平均耳參考（M1和M2），采樣率為500Hz。第一晚，被試熟悉PSG設(shè)備和流程，并收集WatchPAT數(shù)據(jù)（該晚的PSG數(shù)據(jù)不用作后續(xù)分析）。我們對(duì)隨后3個(gè)夜晚的PSG進(jìn)行分析，平均間隔18天±7，從而允許評(píng)估睡眠結(jié)構(gòu)的一致性，并確保結(jié)果不是由單個(gè)夜晚影響。 

PSG分?jǐn)?shù)：

1）基于EOG, EMG和F3/M2, F4/M1, C3/M2, C4/M1, O1/M2, O2/M1，評(píng)估者對(duì)睡眠進(jìn)行分期。SWS(慢波睡眠）：慢波至少占30s時(shí)間段的20%。為評(píng)估評(píng)估者內(nèi)部變異，間隔五個(gè)月后，要求評(píng)估者對(duì)相同數(shù)據(jù)中的20%數(shù)據(jù)進(jìn)行重新評(píng)估。采用二維混合效應(yīng)模型，兩次評(píng)估的一致性通過組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)中等-好的可靠性：整體睡眠時(shí)間（0.9）、REM（0.8）、N1（0.9）、N2（0.6）、N3（0.9）和睡眠后清醒（0.9）。

       2）研究者也采用SpiSOP工具包執(zhí)行功率譜分析（PSD）：NREM（N2, SWS）、N2慢速紡錘體、快速紡錘體、慢波振蕩（SO）以及SO-快速紡錘體耦合。使用SleepTrip（基于FieldTrip函數(shù)）創(chuàng)建睡眠拓?fù)鋱D和ERP。采用雙耳乳突參考，Fpz為接地電極。降低采樣率為250Hz。接下來進(jìn)行濾波：EEG和EOG（0.3-35Hz）、EMG（10-100Hz）。用于分析的電極點(diǎn)：F3, F4, C3, C4, P3, 和P4。計(jì)算NREM睡眠期（N2和SWS）的PSD：計(jì)算平均快速傅里葉變換系數(shù)，使用窗長為5s的hanning窗，時(shí)間重疊為4s，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。在所有分析中，自動(dòng)排除具有EMG和EEG偽跡的時(shí)間段，并進(jìn)行人工檢查。在整個(gè)頻帶（0.6-20Hz）檢驗(yàn)EEG功率譜密度的組別差異。

3）按照先前文獻(xiàn)設(shè)置PSD、紡錘體、SO（慢波振蕩）以及SO-快速紡錘體耦合的參數(shù)。計(jì)算睡眠紡錘體到SO下降狀態(tài)的平均延遲及其標(biāo)準(zhǔn)差，以估計(jì)其共同出現(xiàn)的時(shí)間差量（延遲差量）。另外，計(jì)算了耦合SO和快速紡錘體的平均振幅和持續(xù)時(shí)間。在所有分析中，自動(dòng)排除具有EMG和EEG偽跡的時(shí)間段。

4）在一個(gè)額外的分析中，我們通過自動(dòng)檢測算法來檢測慢波（根據(jù)睡眠階段的視覺得分規(guī)則覺察慢波），以匹配AASM評(píng)分定義，即持續(xù)時(shí)間與0.5-2Hz一致，振幅為75-400mV，對(duì)F3/M2, F4/M1, C3/M2, C4/M1電極點(diǎn)的平均信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測。此外，我們還排除了每個(gè)通道中持續(xù)時(shí)間、頻率或振幅超過3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的慢波。然后，合并在每個(gè)視覺評(píng)分N2和SWS時(shí)間段中覺察到的所有慢波的持續(xù)時(shí)間。如果一個(gè)時(shí)間段的總持續(xù)時(shí)間超過6s（即30s時(shí)間段的20%），那么這個(gè)時(shí)間段就被歸類為一個(gè)估計(jì)SWS的時(shí)間段。 

統(tǒng)計(jì)分析：

使用SPSS 25.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。大多數(shù)組間分析采用非參Mann-Whitney U tests。PSD(功率譜）分析中的組別差異采用Bootstrap獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。由于小樣本患者可能會(huì)掩蓋群體差異，因此我們除了提供統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的結(jié)果和p值，同時(shí)還提供置信區(qū)間和效應(yīng)量（CI與Cohen’s d），并執(zhí)行額外的bootstrap分析和其他多種數(shù)據(jù)分析方法。 

結(jié)果：

      睡眠質(zhì)量（Table1）：患者和對(duì)照組在一般質(zhì)量和睡眠模式的問卷測量、白天嗜睡程度以及睡眠類型方面均無顯著差異。兩組在客觀衡量睡眠質(zhì)量方面也無顯著差異。同樣的結(jié)果包括：WatchPAT的呼吸障礙指標(biāo)，以及整體睡眠時(shí)間、睡眠效率（在床上睡覺花費(fèi)的時(shí)間百分比，兩組均大于80%）、睡眠片段化（由于持續(xù)的身體運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為是難以入睡的睡眠百分比）的Actiwatch測量。這些結(jié)果表明，睡眠質(zhì)量的一般特征不太可能由海馬調(diào)節(jié)。

表1：患者和健康對(duì)照組的睡眠特征

睡眠宏觀結(jié)構(gòu)：

1）使用PSG數(shù)據(jù)進(jìn)一步查詢睡眠整體時(shí)間、睡眠效率、睡眠潛伏期和睡眠開始后出現(xiàn)的清醒期。結(jié)果與Actiwatch數(shù)據(jù)一致，兩組沒有顯著差異。

2）睡眠階段分為非快速眼動(dòng)期（NREM；包括N1, N2, N3階段，后者也被稱為慢波睡眠--SWS）和快速眼動(dòng)期（REM）。接下來比較兩組的睡眠時(shí)間百分比、片段數(shù)量以及每個(gè)階段的時(shí)間。對(duì)3個(gè)晚上的睡眠測量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組被試在N1, N2以及REM階段的睡眠時(shí)間是類似的。然而，與健康對(duì)照組相比，患者在SWS階段花費(fèi)顯著更少的時(shí)間（1.31 min vs. 18.02；Figure1A）。在分析PSG時(shí)，患者3個(gè)晚上均出現(xiàn)了顯著減少的SWS，并且時(shí)間上無顯著差異（Figure1B）。研究者進(jìn)行Bootstrap分析以證明組別的差異，結(jié)果證明相對(duì)于健康對(duì)照組，患者的SWS（慢波睡眠）減少。使用自動(dòng)慢波檢測算法檢驗(yàn)N2和SWS數(shù)據(jù)的結(jié)果說明睡眠技術(shù)專家視覺分?jǐn)?shù)與SWS算法之間的一致性。因此，選擇性雙側(cè)海馬損傷不會(huì)影響睡眠宏觀結(jié)構(gòu)的廣泛特征；相反的，它的影響似乎局限于SWS。這一結(jié)果說明海馬可以促進(jìn)SWS（睡眠過程中，記憶鞏固的神經(jīng)特征）。

圖1：患者和健康對(duì)照組之間的睡眠階段比較。

A) 為評(píng)估患者和健康對(duì)照組在睡眠結(jié)構(gòu)上的潛在差異，我們平均3個(gè)夜間的數(shù)據(jù)。與對(duì)照組相比，患者在SWS中花費(fèi)的顯著更少的時(shí)間。

B）在每個(gè)睡眠階段所花費(fèi)時(shí)間的累積百分比，以及兩組被試在3個(gè)晚上之間的低變異性?；颊咭约敖】祵?duì)照組的SWS在3個(gè)晚上之間無顯著差異?；颊?span>SWS顯著減少。

睡眠穩(wěn)定性和片段化：通過分析睡眠穩(wěn)定性和片段化進(jìn)一步揭示海馬損壞對(duì)SWS的特定影響（Table1）。雖然患者具有減少的SWS，但是包括整個(gè)睡眠時(shí)間中每小時(shí)覺醒次數(shù)、從一個(gè)狀態(tài)到另一狀態(tài)的轉(zhuǎn)換次數(shù)、功能不確定性時(shí)期的次數(shù)、從任何睡眠階段到覺醒的轉(zhuǎn)換次數(shù)以及NREM和REM睡眠的整體穩(wěn)定性在內(nèi)的測量結(jié)果說明患者和健康對(duì)照組的睡眠穩(wěn)定性和片段化均無顯著差異。      

功率譜分析：使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)Bootstrap方法分析N2睡眠和SWS的功率譜密度（Figure2）。結(jié)果顯示患者EEG delta頻帶功率譜顯著減少，這一頻帶是SWS的標(biāo)志，在PSD(功率譜）中通常被稱為慢波活動(dòng)（SWA）。這個(gè)SWA減少分布在雙側(cè)中央頂葉腦區(qū)（C3 [2-2.4 Hz; 2.8-3.2 Hz], C4 [1.8-4 Hz], P3 [2.8-3.6 Hz],P4 [2.2-3.2 Hz]）。當(dāng)僅考慮N2睡眠時(shí)，發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果（C3 [2.2 Hz; 3.0 Hz], C4 [2.0–2.4 Hz; 2.8–3.2 Hz; Figure 2], and P4 [2.4–3.2 Hz]）。當(dāng)在整個(gè)頻帶上（0.6-20Hz）測量EEG PSD時(shí)，我們沒有發(fā)現(xiàn)任何組別差異。因此，這種PSG數(shù)據(jù)的替代方法與視覺睡眠分期一致，揭示了SWA（慢波活動(dòng)）在局灶性雙側(cè)海馬損傷背景下的特定變化。

圖2：患者和健康對(duì)照組在N2睡眠階段的功率譜。

A) 患者和健康對(duì)照組在N2睡眠階段0.6-20Hz的EEG功率譜。呈現(xiàn)的圖是C4電極點(diǎn)的信息。我們使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的bootstrap方法評(píng)估組別在EEG功率譜密度上的差異。Bootstrap檢驗(yàn)的結(jié)果顯示相對(duì)于健康對(duì)照組，患者具有減少的N2 delta功率譜活動(dòng)（2-3.2Hz）。

B) 患者和健康對(duì)照組之間在慢波活動(dòng)上（SWA, 2-3.2Hz）的EEG功率譜差異地形圖（C4）。

NREM宏觀結(jié)構(gòu)：

1）檢驗(yàn)N2睡眠階段的其他特征是否會(huì)預(yù)示著患者SWS/SWA的減少。集中分析慢波振蕩（SOs，0.5-1Hz）、慢速（9-12Hz）和快速（12-15Hz）紡錘體、以及SOs-快波紡錘體耦合，后兩者是記憶鞏固的標(biāo)志。檢驗(yàn)SO屬性（密度、波幅、持續(xù)時(shí)間和斜率）和紡錘體活動(dòng)（密度、波幅、持續(xù)時(shí)間和核心頻率）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在額葉、中部、頂葉電極上，患者和健康對(duì)照組的這些指標(biāo)均無顯著差異（Figure3）。研究者另外執(zhí)行了Bootstrap分析。在之前分析中表明的“患者的SO（慢波振蕩）密度減小的趨勢”在Bootstrap分析中達(dá)到顯著性水平，這可能說明慢波沒有達(dá)到試次的20%（SWS視覺分期的要求）。與這一發(fā)現(xiàn)有關(guān)，正如自動(dòng)慢波檢測算法測量，SWS的視覺分?jǐn)?shù)與NREM階段的慢波密度具有強(qiáng)相關(guān)，但慢波振幅并非如此。整體上來說，這些發(fā)現(xiàn)證明患者產(chǎn)生的慢波較少，這可能解釋了患者的視覺評(píng)分SWS顯著減少。

2）患者和健康對(duì)照組的SO-快速紡錘體耦合的次數(shù)相當(dāng)。然而，盡管耦合數(shù)量類似，但與健康對(duì)照組相比，患者的快速紡錘體發(fā)生在較晚的SO周期中，患者需要更長的時(shí)間延遲到SO下降狀態(tài)（電極點(diǎn)：F3, P3, P4）。與健康對(duì)照組相比，患者的SO伴隨著更長的持續(xù)時(shí)間以便把延遲的紡錘體嵌套起來（電極點(diǎn)：F3）。在Bootstrap分析中也發(fā)現(xiàn)了SO-快速紡錘體耦合效應(yīng)。

圖3：患者和健康對(duì)照組在N2睡眠階段的睡眠相關(guān)振蕩的例子。結(jié)果表明，這些睡眠標(biāo)記的特征（形狀和振幅）在兩組之間是相似的。

總結(jié)：

該研究對(duì)4例具有明顯情景記憶缺陷和選擇性雙側(cè)海馬損傷的罕見患者的睡眠表型進(jìn)行綜合分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

1）與健康對(duì)照組相比，通過視覺睡眠分期測量和PSD分析，患者具有顯著減少的SWS/SWA。

2）基于自動(dòng)慢波檢測算法，我們也發(fā)現(xiàn)患者減少的SWS可能是由于慢波的密度減少，而非波幅。

3）患者與健康對(duì)照組的慢速和快速紡錘體無顯著差異。

4）在患者中發(fā)現(xiàn)SOs以及SO-快速紡錘體，但這些睡眠特征不足以支持正常的記憶功能。然而，患者的SO密度降低，伴隨著嵌套紡錘體的SOs具有較長的持續(xù)時(shí)間，并且在SO周期內(nèi)紡錘體的時(shí)間延遲，表明在SO-spindle-ripple events（記憶鞏固的關(guān)鍵）之間的時(shí)間失匹配。我們測試的睡眠表型其他特征兩組相似。

該研究結(jié)果證明局灶性雙側(cè)海馬損傷與睡眠結(jié)構(gòu)斷裂有關(guān)，表現(xiàn)為SWS和SWA的減少，以及在SO周期結(jié)束時(shí)快速紡錘體的明顯時(shí)間誤差。這表明，海馬體在睡眠生理機(jī)制中起重要作用，并且海馬體是情景記憶正常運(yùn)作所必需的。

原文：Sleeping with Hippocampal Damage

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