2024年6月9日，《Journal of Sleep Research》（SCI，5年IF 4.0）在线刊发了马宁教授团队的研究论文：Alteration in neural oscillatory activity and phase-amplitude coupling after sleep deprivation: Evidence for impairment and compensation effects（https://doi.org/10.1111/jsr.14264），揭示了睡眠剥夺如何通过改变静息状态下的脑电图频谱功率以及大脑不同区域间的跨频段信息交流，进而影响个体的警觉性。本论文第一作者为2022级硕士生刘泽卉，通讯作者为马宁教授，本实验室为第一完成单位。
尽管睡眠剥夺对警觉性的负面影响已被广泛认识，但其背后大脑信息加工之间相互作用的变化机制仍不甚明了。相位-振幅耦合（PAC）是一种关键的神经机制，它调节着大脑在不同时空尺度上的信息交流，其中低频振荡在前额叶皮层中起到自上而下的调控作用，影响着后部皮层的局部快速振荡。本研究探索了睡眠剥夺对跨频率和脑区间神经元处理整合的影响，以及这些变化如何进一步作用于警觉性功能。
研究发现，睡眠剥夺显著降低了警觉性，并且伴随着全频段静息态脑电图功率的增加。特别是在中央-顶-枕区，theta波活动的增强与警觉任务的平均反应速度和最慢反应速度降低显著相关。此外，睡眠剥夺后，delta/theta-gamma PAC也出现了显著的上升，其中delta-低gamma和theta-高gamma耦合的增强与警觉任务中最快反应时的延长呈负相关。这些结果表明，睡眠剥夺通过改变脑电图频谱功率和跨频段的信息交流，对警觉性产生了影响。Theta频段活动和delta/theta-gamma PAC的显著变化可能分别代表了睡眠剥夺对警觉性的损毁效应和补偿效应。
图1：睡眠剥夺后全频段脑电活动上升，theta活动的增加与警觉任务反应速度的降低相关
图2：睡眠剥夺后delta/theta-gamma PAC增加，delta-低gamma和theta-高gamma PAC的增加与警觉任务最快反应时的增加呈负相关