Nat Neurosci | 熬夜刷手機時，其實只有皮層在硬撐，海馬早就悄悄睡著了

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基本信息：

Title:A hippocampal ‘sharp-wave sleep’ state that is dissociable from cortical sleep

發表時間：2025.12.11

Journal:Nature Neuroscience

影響因子：20.0

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引言

通宵追劇、熬夜改稿之后，那種“人還醒著、腦子已經糊成一團”的感覺，你肯定體驗過。

經典教科書會告訴你：看大腦皮層(cortex)的慢波(slow waves)，慢波越高，說明睡眠壓力 (sleep pressure) 越大、越缺覺，屬于一種“斷聯+穩態調節(homeostatic regulation)”的睡眠狀態。

但記憶中樞海馬(hippocampus)在睡眠時的表現要復雜得多：在皮層慢波睡眠里，它會放出尖波(sharp waves, SPWs)、高頻漣漪(ripples)和齒狀回放電(dentate spikes, DSs)，這些事件被認為與記憶回放和鞏固密切相關。問題是：這些海馬事件本身，是否也像皮層慢波那樣，真實地“計量”睡眠需要？

更有趣的是，海馬的尖波狀態不僅出現在非快速眼動睡眠(non-REM, NREM)里，還在動物處于安靜清醒(quiet wake, QW)時頻繁出現——那種不跑不玩、只是發呆、舔爪子、喝水的小間隙。于是一個大膽的想法出現了：

會不會在這些安靜清醒期，海馬其實已經偷偷進入了某種“局部睡眠(local sleep)”？

本研究的核心問題就是：

1）海馬SPW、漣漪和DS到底跟睡眠需要有多大關系？

2）海馬的“困意”和皮層的“困意”是否綁在一起，還是可以各走各路？

3）如果海馬可以在清醒期就“先睡為敬”，那這種狀態是否夠格被稱為真正意義上的“睡眠”？

為此，作者團隊在大鼠身上做了連續48小時的Neuropixels高密度記錄，跨完整睡–醒周期抓取皮層與海馬的全部節律，最終提出一個很酷的新概念：“海馬尖波睡眠(hippocampal sharp-wave sleep)”——一種可以在皮層醒著的時候，獨立發生在海馬里的睡眠態。

實驗設計與方法邏輯

作者在16只自由活動雄性大鼠中植入Neuropixels探針，跨多個皮層區、背側海馬(CA1、CA3、齒狀回(dentate gyrus))及丘腦連續記錄48小時局部場電位(local field potential, LFP)和神經元放電；依據皮層LFP和肌電判分出清醒、NREM與REM。

實驗包括24小時基線、6小時多方式睡眠剝奪(sleep deprivation, SD：新物體探索、強迫運動或二者結合)及恢復睡眠期。研究者自動檢測海馬SPW、漣漪和DS事件，量化其頻率、振幅、時長，并用線性混合效應模型(linear mixed-effects models)分析這些指標隨時間、SD強度（用海馬θ:δ功率比theta:delta ratio表征探索程度）及與皮層慢波活動(slow-wave activity, SWA)的關系，從而判斷它們是否滿足“穩態調節+部分斷聯”兩大睡眠標準。

Fig. 1 | Characterization of SPWs during wake and NREM sleep.

核心發現

1. 尖波-漣漪也有“睡眠壓力”（Fig. 2）

在48小時的軌跡上，海馬SPW和漣漪在SD過程中逐漸變多、振幅變大，在恢復睡眠早期顯著高于基線，隨后隨著睡眠推進又逐步下降，整體形狀幾乎“復刻”了皮層SWA的經典穩態曲線。SPW的振幅和發生率與之前清醒期的θ:δ比呈正相關——老鼠在被強迫保持清醒時探索得越賣力，之后睡眠中的SPW就越大、越頻繁；漣漪的頻率和數量也表現出相似的模式。作者據此認為，SPW-漣漪跟皮層慢波一樣，是海馬中刻畫“睡眠需要”的關鍵讀數。

Fig. 2 | Homeostatic regulation of SPWs

2. 齒狀回放電：類似但不完全同步的穩態信號（Fig. 3）

齒狀回放電DS在穩態上“追隨”SPW：在延長清醒期內頻率和振幅都升高，在恢復睡眠早期高于基線，DS在清醒安靜期出現時甚至可以替代睡眠期的DS，滿足“睡眠可以被補覺替代”的穩態特點。不過，它和SPW并非完全一條心——恢復睡眠早期DS的參數并不隨清醒期θ:δ比增加而增強，反而在整段睡眠過程中有逐漸升高的趨勢，有點像皮層睡紡錘(spindles)與SWA的“互相扯皮”關系，提示不同海馬事件在睡眠穩態調節中各有分工。

Fig. 3 | Homeostatic regulation of DSs.

3. 海馬在睡，皮層未必在：睡眠需求可以“分家”（Fig. 4）

既然皮層SWA和海馬SPW-漣漪、DS都表現出穩態變化，那它們的反彈是不是自動捆綁？作者比較了恢復睡眠早期與晝夜匹配基線之間的變化，結果發現：在包含長時間清醒和SD的那一段，皮層SWA的反彈與SPW振幅/頻率、漣漪頻率/頻率、DS振幅等幾乎完全不相關，海馬內部各指標之間也大多互不相關；只有在主要是睡眠的基線日和“睡眠內比較”時，皮層和海馬的變化才表現出一定相關性。也就是說，當動物被強迫長時間保持清醒時，海馬可以先“悄悄睡覺”釋放自己的睡眠壓力，而皮層此時還在繼續累積困意。

Fig. 4 | Dissociability between cortical and hippocampal sleep needs.

4. “尖波睡眠”：跨清醒與NREM的統一海馬睡眠態（Fig. 5）

如果海馬的睡眠壓力只能在NREM中被“還債”，那么理論上延長清醒期SPW越多、恢復睡眠中SPW也應越多。然而作者看到的是反向關系：延長清醒期間SPW和漣漪越頻繁、振幅越大，恢復睡眠早期這些指標反而越低，DS也顯示類似的負相關。這表明清醒安靜期的SPW-漣漪本身就可以幫助海馬釋放睡眠壓力。同時，無論在QW還是NREM，只要處于SPW豐富的時段，海馬慢γ/快γ功率比(slow:fast gamma ratio)都顯著升高，指向一種與外界部分“斷聯”的離線模式。結合這兩個標準——穩態調節與部分斷聯——作者提出：SPW主導的狀態構成一個跨清醒與NREM的統一“海馬尖波睡眠 (hippocampal sharp-wave sleep)”。

歸納總結和點評

這篇工作用連續48小時的Neuropixels高密度記錄，把海馬的SPW-漣漪和DS從“記憶事件”升級為“睡眠需要計量表”，證明它們既滿足穩態調節，又能在動物外表清醒時提前幫海馬完成“內部補覺”。海馬的睡眠壓力由此可以與皮層解耦——海馬已在尖波睡眠中慢慢還債，而皮層還在繼續刷睡眠信用卡。

概念上，作者把局部睡眠(local sleep)的想象推到了“器官級睡眠”：海馬作為一個整體器官，可以在皮層仍表現為激活EEG時進入獨立的尖波睡眠態。這一框架與既有的突觸穩態理論和記憶鞏固研究緊密銜接，為理解不同腦區在睡眠剝奪、學習和精神疾病中的差異性脆弱性提供了新視角，實驗設計嚴謹、分析細致，是睡眠—記憶交叉領域非常值得收藏的一篇。

AI一句話銳評

原來我們熬夜刷手機時，外表“在線”的只是皮層，負責記憶的海馬早就關機偷偷睡覺了。

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分享人：BQ

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部