第三节 有关睡眠学说
长期以来睡眠被认为是机体自我恢复的必要的休息过程，在这一过程中，神经系统的活动处于低下状态。但实际上神经系统并没有休息。入睡是由觉醒到睡眠的转换，脑的某些功能系统停止活动，而另一些系统则变得活跃。事实上，大脑皮质单个神经元对刺激的反应，在睡眠时与在觉醒时并无明显的区别。种种迹象表明，睡眠是脑处于另一种工作状态。
一、被动助去传入机制学说
20世纪30年代，比利时学者Bremer视察了猫脑干不同水平横切后EEG和瞳孔的变化。他发现，在上丘和下丘之间的水平作小脑完全横切后（孤离脑）, EEG呈现高幅慢波型式，瞳孔持续收缩；但当横断部位选择在延髓和脊髓交界处时（孤离头）EEG和瞳孔变化仍维持正常的觉醒—睡眠周期。Bremer认为，在孤离脑动物，由于切断了前脑和尾侧脑干之间的联系，致使大多数行向前脑的肮神经感觉输入被中止；而孤离头动物则保存了前脑的这些感觉输入，特别是第Ⅴ, Ⅷ对脑神经的输入。由此可见，前脑的感觉输入对于睡眠-觉醒节律的维持是至关重要的。为了支持这种观点，Bremer在孤离头动物上进一步切断脑干的感觉神经，结果动物便进入睡眠状态，如同孤离脑动物一样。
根据Bremer的设想，唤醒前对脑的刺激，在生理条件下是经由特异性感觉投射系统输入的。然而，Moruzzi和Magoun（1949）采用了较为精细的局部损毁方法代替脑干全横切，发现当损毁仅及外侧被盖区，即仅切断特异性感觉上行通路时，睡眠和觉醒节律未见明显改变；但当损毁脑干中轴部位，中断网状结构的向嘴侧投射时，则可导致EEG呈现持续的δ波和行为上的昏迷。他们据此提出，接受特异性感觉通路侧支输入的脑干网状结构的紧张性活动起着激活前脑，使之保持觉醒的作用，这种紧张性活动的减弱便导致睡眠。
无论是强调特异感觉通路的输入，或是强调网状结构的紧张性活动，其共同点是将睡眠视为被动的过程，即认为脑的功能上的被动去传入机制导致睡眠的产生。这种观点在睡眠的研究中一度占主导地位。但是，以后的研究证明，睡眠不是觉醒状态的简单终结，而是中枢神经系统内主动的，节律性的神经过程引起的。
二、脑干睡眠诱导区
最先提出睡眠是中枢主动神经过程观点的是俄国生理学家巴甫洛夫。他根据条件反射实验结果，认为睡眠是由于抑制过程广泛扩散至整个大脑皮层和皮质下中枢而引起的。巴甫洛夫强调，任何一个皮质区产生的抑制过程，都有可能扩散并导致睡眠。但这种观点并未得到神经生理学的证实。
瑞士学者Hess在1931年发现，用低额电脉冲刺激猫的丘脑能导致它深度睡眠。他还证明，刺激下丘脑的后部能引起正常觉醒时的全部征象。这些发现提示：睡眠-清醒节律的机制是一个双重的调节系统，它包含开启觉醒状态和开启睡眠状态两部分。
在20世纪50年代后期，Batini等在探讨网状结构上行激活系统功能时发现，当脑干横断水乎选择在脑桥小部三叉神经根前方，即Bremer的中脑横断水平向尾侧后移仅仅数毫米，不论是保留和孤离脑动物完全相同的脑神经，或去除所有这些感觉传入，都能使猫产生失眠，EEG显示70%～90%处于觉醒状态，而正常情况下，猫每天仅有20%～40%时间是清醒的。在选择性结扎脑动脉的猫上，当局部注射戊巴比妥于脑桥头端，则使清醒猫进入睡眠；相反，当脑干的尾侧部被局部麻醉，则睡眠猫便清醒过来，同步化的EEG也被去同步化所替代。这些实验有力地表明：脑干网状结构的头端，含有为维持觉醒所必需的神经元，而脑干尾侧则包含能诱发睡眠的特定区域。
随后的大量研究证明，脑干的睡眠诱导区位于脑桥中央水平与延髓尾侧之间若干区，它们包括中缝核、孤束核、蓝斑以及网状结构背内侧的一些神经元。
中缝核是脑干5-HT神经元集中的脑区，完全损毁中缝核，导致动物失眠达数天之久，SWS和FWS都大幅度减少，随后的恢复过程也极为有限。但中缝核头部和尾部在功能上是有区别的。头部的上行纤维经内侧前脑束投射到间脑和大脑皮层，尾部的神经元与脑桥背内侧被盖有密切的纤维联系。Jouvet发现，单纯损毁头部，主要影响SWS，而单纯影响尾部则主要抑制FWS，因此他认为中缝头部形成SWS睡眠，而其尾部则是FWS的触发机制。孤束核接受经由迷走神经的内脏感觉传入。电刺激孤束核或迷走神经中枢端具有使EEG同步化的效应，这种效应持续于整个刺激期间。然而损毁孤束核却不能有效地导致失眠，据此可推断它可能是通过影响脑干网状结构顶端的唤醒作用来实现它对睡眠的控制的。有理由认为，中缝核头部、孤束核及统邻近的网状神经元是产生SWS的特定脑区。它们共同组成了所谓上行抑制系统。有人设想它们的活动受中脑网状激动系统的驱动，即长时间的觉醒状态可使该系统活动增强，而后者又对前者起了负反馈的作用，从而诱发睡眠。
蓝斑位于脑桥背内侧被盖，可分为头、中、后三部，高含肾上腺素能（NA）神经元。蓝斑头部神经元的轴突，经由上行向间脑和大脑皮层，该束被损毁可使同步化EEG明显延长，而对FWS没有影响，因此被认为是维持觉醒起作用。选择性破坏双侧蓝斑的中、后部及其邻近网状结构，可使FWS大幅度减少，乃至完全消失，但不影响SWS，因此被认为是FWS的执行机制。已经证明蓝斑中部存在着启动快动眼现象的神经元，而后部则通过网脊束和副神经导致肌紧张减退。
除蓝斑以外，脑干内还有一些特异的结构可能与FWS有关。尤其引人注目的是，中脑中缝背核内大多数5-HT能神经元在觉醒时呈现最大发放，而在FWS期间则发放率大幅度下降，而在FWS期间初维持静寂状态。说明这些神经元在通常情况下起着抑制作用，而在FWS期间，这种抑制作用终止从而导致FWS及其伴随现象的出现。
刺激中枢神经系统其他一些部位，如梨皮层、扣带回前部、海马、下丘脑等，也能诱发睡眠。这些部位的活动很可能也是通过MFB下行影响低位脑干而实现其效应的。
三、可能作为昼夜节律生物钟起作用的视交叉上核
在很大范围内，昼夜节律几乎不受温度的影响，对化学物质也不敏感。然而，光强度的作用都是显而易见的。在12∶12小时的光-暗交替条件下，可使一些接近24小时的昼夜节律变成真正的24小时节律。这强烈暗示：光起了一种计时器的作用，即起了将内源性节律纳入昼夜钟的刺激作用。在损毁前脑的实验中，损毁下丘脑的影响是令人印象深刻，比准确定时的周期消失了，出现了一系列短暂的无规则的休息和活动。然而，当视束被切断，或视交叉的尾侧被损毁，光照却仍然继续导致动物的睡眠-觉醒周期。这一未曾预料的结果提示，存在某种视网膜-下丘脑通路，将光信息传递至下丘脑的内源性昼夜节律起搏点。有证据表明，至少在鼠类，基本的生物钟位于下丘脑的视交叉上核。该核区接受来自视网膜的直接输入及来自中缝核的纤维投射。核内有密集的树突触将细胞紧密连接，并因此使它们倾向于进行同步活动。1972年，Moore和Irving各自独立地发现，损毁该核团可取消大鼠各种内源性的行为和激素分泌的昼夜节律，包括破坏了正常情况下夜间活动、白天睡眠的行为模式。Schwarts和Gaine r（1997）证明，夜间给大鼠注射2-脱氧葡萄糖，中枢神经系统的放射性远较白天注射组为高，说明中枢神经系统神经元的代谢活动在夜间更为活跃，这和大鼠正常的行为模式是一致的。显然，证据有利于这样的设想：视交叉上核包含了自我控制的昼夜节律振荡器，并因此使动物的内源性昼夜节律系统和外界环境的光-暗周期耦合起来。
四、中枢单胺类递质和乙酰胆碱的控制
现有的证据可以将三种特异的化学递质与睡眠的不同时相联系起来，它们5-羟色胺（5-HT）、去甲肾上腺素（NA）和乙酰胆碱（Ach）。
Jouvet及其他工作者卓有成效的研究工作，揭示了5-HT和NA在睡眠中的作用。他发现，电损毁中缝核头部后，脑内合成5-HT的速度明显降低，5-HT的代谢产物也明显减少，动物的总睡眠时间因SWS的缩短而相应缩短，但对FWS影响似不明显。相反，电损毁中脑核尾部，则FWS受到明显抑制。如果用5、6-双羟色胺选择性地破坏5-HT能神经末梢，或用对氯苯丙氨酸抑制色胺酸羟化酶，从而选择性地阻断脑内5-HT的合成，使脑内5-HT含量下降，则动物出现完全性失眠，SWS和FWS都减少，甚至消失，由此可见，脑内5-HT是引起睡眠的重要机制之一。Jouvet（1974）根据一系列的实验结果，提出“睡眠的开始是由中缝核神经元的末稍向保持皮层觉醒的中脑网状结构的NA能神经元形放5-HT的结果”，并指出中缝核尾部的5-HT神经元可能触发脑桥背内侧被盖的NA神经元从而引起F WS。然而，应当指出，用对氯苯丙氨酸处理的动物，开始时，如同所期望的那样可导致失眠，但是随着每天一次注射仅仅一周以后，SWS和FWS却可恢复正常睡眠量的70%，而此时脑内5-HT的水平处于极低的水平（Demnnt,1965）。
NA被认为主要与FWS及觉醒的维持有关。Jouvet观察到，损毁NA的上行背束以后，前脑5-HT的更新速度增加了近100%，动物的SWS相应地明显延长，如果预先用对氯苯丙氨酸阻断5-HT的合成，则SWS就不再增加。这表明脑内NE神经元有抑制中缝核5-HT神经元，从而影响SWS的功能。损毁双侧蓝斑核的尾部，FWS完全被抑制是与脑内NA含量明显下降相对应的。Satoh（1973）应用延胡索酸抑制多巴胺羟化酶选择性降低脑内NA含量也获得类似的结果，这表明NA与FWS的产生密切相关。但也有报道脑室内注射5-羟基多巴胺，FWS反而增加。
Ach也被证明和睡眠有关。有作者报道猪脑室注射乙酰胆碱可以阻止Ach合成能延长SWS，将Ach注射到侧脑室或蓝斑附近，可使动物产生FWS，而阿托品则可抑制FWS。
Hobson等（1975）报道下位脑干存在两群交互联系的神经元，其中一群位于网状大细胞核附近的胆碱能神经元，它们在FWS期间呈现位相性快速发放，并和PGO峰、快速眼动相适应，另一群是位于蓝斑内的NA神经元，它们在FWS期间发放减少。这使他们提出如下的假设：下位脑干Ach能和NA能神经元二者的交替活动可能造成FWS和SWS的周期性。
总之，关于参与睡眠控制的有关递质机制，目前已勾划出一个大致的轮廓：中缝核头部的5-HT能神经元参与产生和维持SWS，而蓝斑尾部的NA神经元及下位脑干被盖部的Ach神经元则在中缝核尾都5-HT神经元的触发下，产生FWS。这三种递质的交互作用导致SWS和FWS的周期性。但关于它们的作用途径和方式存在许多问题，有待澄清和进一步论证。