【摘 要】
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睡眠是生命必不可少的组成部分,探索其机制具有重要的科学价值。作为重要的脑网络结构之一,默认模式网络（Default mode network,DMN）被认为与睡眠中意识水平密切相关。在传统研究中,人们采用普通图的方式,探索了DMN功能结构在睡眠-觉醒周期的变化。然而,普通图只描述了两个节点间的功能连接性,无法刻画多节点间的连接关系。为此,人们提出了超图相似网络来描述节点之间的高阶关系,其具有不丢失
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睡眠是生命必不可少的组成部分,探索其机制具有重要的科学价值。作为重要的脑网络结构之一,默认模式网络（Default mode network,DMN）被认为与睡眠中意识水平密切相关。在传统研究中,人们采用普通图的方式,探索了DMN功能结构在睡眠-觉醒周期的变化。然而,普通图只描述了两个节点间的功能连接性,无法刻画多节点间的连接关系。为此,人们提出了超图相似网络来描述节点之间的高阶关系,其具有不丢失高维数据信息的特征。在本研究中,我们构建了大鼠电生理DMN的超图相似网络（即超图功能网络）,从静态网络和动态网络两个方面,系统探索了睡眠周期中DMN神经活动的变化规律,得到以下研究结果:（1）在不同睡眠状态下,DMN各脑区的能量主要集中在低频段。其中,慢波睡眠以δ活动为主,而REM睡眠以θ和α活动为主。振荡方式的不同可能与SWS和REM睡眠特定的生理功能有关。超图功能网络分析揭示,SWS期间大脑的记忆巩固可能会抑制REM睡眠中海马和顶叶的活动。（2）动态超图功能网络的分析表明,不同睡眠状态的DMN中存在固定的功能模式。随着睡眠的加深,功能模式数目减少且没有新模式的出现,暗示网络的复杂性没有增加。此外,REM和SWS期间DMN前部脑区和后部脑区的信息交互方式存在差异。其中REM睡眠使得DMN前后脑区直接进行功能整合;而SWS期间,前后脑区则通过其他模块的改变间接进行信息传递。这一结果表明SWS时期DMN前后脑区的分离程度更大。（3）对功能模式的转换分析发现,DMN模块在不同睡眠阶段的重构过程存在差异。慢波睡眠破坏DMN中原有的功能连接,使模块更小化后再进行模块的重组;而REM睡眠则先对DMN前部脑区和后部脑区模块进行功能整合,然后再逐步分解与整合模块,从而形成新的功能连接。我们认为,REM期间功能整合能力的提升可能与意识的恢复有关。本研究表明,低频振荡是大鼠脑内传递信息的重要方式。海马和颞叶的活动对DMN前后脑区的信息交流以及模块的重构具有重要作用。DMN中固有的功能模式在一定程度上表明了大脑的多重稳定性。我们的研究揭示了不同睡眠阶段下DMN的超图功能网络的变化,为深入理解睡眠的神经机制提供了新的思路,具有重要的科学意义和潜在的医学应用价值。
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