Leibniz Research Centre for WorkingEnvironment and Human Factors in Dortmund (IfADo) 的研究者们正在探索人类大脑中睡眠类型与生理过程之间的联系。

最新发现现已发表在《Nature Communications》上。研究结果表明：睡眠时型影响人类大脑功能，从基本的生理机制到更高的认知功能，比如感知、学习、记忆和思考。

最重要的昼夜节律，即生物体将生理过程同步到大约 24 小时的周期的能力，是睡眠-觉醒节律。人类的昼夜节律在个体之间存在自然差异，称为计时型。一个人属于哪种时型取决于他们个人的内部时钟，通常被称为早晨型和晚上型。这个内部时钟决定了一天中身体或精神活动的最佳时间。早晨型和晚上型的人的分类也与特定的生理、行为和基因表达有关。然而，时型是否以及如何影响人脑生理和认知尚不完全清楚。

IfADo的研究人员对此进行了研究，他们研究了信息的表现和接收、处理和存储与人类早期和晚期时型之间的关系，以及它是如何受生理过程控制的。

昼夜节律偏好与人类皮层兴奋性和各自认知功能的相关性，以及大脑可塑性和学习记忆形成的相关性尚未得到充分研究。增加对各自机制的理解很重要，不仅可以扩展人类大脑功能的基本知识，还因为它对我们的日常生活环境（例如工作和教育环境）具有更广泛的影响和应用。

图 1

在这项研究中，研究人员首先系统地研究了时型和一天中的时间对人运动皮层兴奋性和刺激诱导的神经可塑性的调节影响。

之后，研究人员探索了时型与运动学习任务的表现之间的关系。最后，研究人员研究了时型与高阶认知功能的关系，这些认知功能依赖于皮层的兴奋性，通常由非运动区(如前额叶皮层)控制。在所有的行为任务中，研究人员通过记录了脑电图(EEG)，进一步探索不同时型和一天中不同时间下的认知电生理相关性。

所有测量均在早上和晚上的两个固定时间对两组“早期类型(ECs)”(即早晨型),和“晚间作息形态(LCs)”(也就是,晚上型)进行的，以捕捉昼夜节律高峰以及参与者昼夜节律偏好和非偏好时间的低谷（图 1）。

研究人员使用单脉冲和双脉冲TMS协议，在每组固定时间(8:00、19:00)在昼夜偏好时间和昼夜非偏好时间监测皮质脊髓和皮质兴奋性，至少间隔1周。

图2

如上图2，研究人员监测了ECs和LCs的皮质兴奋性，发现运动皮质兴奋性参数与时型和一天中的时间有很强的依赖性，表明这些因素与兴奋性相关的神经递质系统有显著的关联。

在证明了运动皮层的皮层兴奋性是时型依赖的之后，研究人员接着确定了每天时间依赖性的皮层兴奋性变化如何影响早期和晚期时型中的LTP/ ltd样可塑性。如下图所示，研究人员在每组的早上和晚上同时刺激初级运动皮层(每周6次)。结果验证了运动皮层可塑性也在昼夜偏好时间得到促进。

下图为时型，人类大脑生理和认知联系图。图a描绘了睡眠时型对大脑生理、行为和认知的趋同影响。图 b展示了 基于细胞内钙浓度（x 轴）与 tDCS 诱导的神经可塑性变化的诱导之间的关联，提出了在生理偏好时间和非偏好时间诱导神经可塑性的机制。钙浓度的逐渐增加可以诱导 LTD、LTP 或没有可塑性。tDCS 诱导的 LTP 样可塑性与较高的细胞内钙浓度有关，而 tDCS 诱导的 LTD 样可塑性与较低的细胞内钙浓度有关。可以假设一天中最佳时间的细胞内钙浓度处于最佳水平，导致更强的 tDCS 诱导的 LTP/D 样可塑性。

时型，人类大脑生理和认知

在这项现已发表的研究中，AliSalehinejad、MichaelNitsche和他们的同事发现，与一天中的非首选时间相比，在个人首选时间内的运动学习和认知能力明显更好。此外，这还伴随着对认知功能重要的特定生理因素，如大脑的兴奋性和可塑性。这意味着，从基本的生理机制到行为和认知功能，时型确实会以特定的方式影响人类的大脑功能。

参考信息

Salehinejad, M. A., Wischnewski, M., Ghanavati, E. et al. Cognitive functions and underlying parameters of human brain physiology are associated with chronotype. Nat Commun 12, 4672 (2021). 

https://doi.org/10.1038/s41467-021-24885-0

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