北京大学物理学院重离子物理研究所高家红教授与合作者在睡眠神经影像领域取得重要进展。研究团队通过对人类夜间自然睡眠过程进行同步脑电图-功能磁共振成像（EEG-fMRI）高时空分辨率采样，揭示了睡眠压力缓解的人脑功能层级。2025年11月14日，该项研究成果以“稳态睡眠压力缓解的脑功能层级”(Cortical hierarchy underlying homeostatic sleep pressure alleviation)为题，发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

睡眠是一种至关重要的生理过程，以神经生理稳态调节的方式维持突触与细胞稳态平衡、维持大脑能量代谢平衡等。睡眠压力会随着清醒时间的延长而增加，并在睡眠期随着睡眠时间的累积逐步缓解。通过EEG测量的睡眠慢波活动是反映睡眠压力和神经稳态的可靠指标，然而稳态睡眠压力缓解的人类大脑皮层活动模式仍未可知。阐明睡眠压力缓解的动态过程中，大脑活动在空间上的精细重组模式，将有助于深入理解睡眠稳态的功能。明确哪些皮层区域受睡眠稳态的调节作用最大，能为开发更有效的干预方案来修复睡眠损伤或治疗睡眠障碍提供思路。

该研究采用同步EEG-fMRI技术，对130名健康受试者的夜间睡眠进行近380小时密集采样，包括全部5个生理睡眠阶段数据：快速眼动睡眠期、非快速眼动睡眠期以及清醒期（图1），持续追踪夜间睡眠压力缓解的时空进程。

图1. 同步睡眠EEG-fMRI实验流程

研究发现睡眠状态下人脑自发活动幅度较清醒呈现功能层级变化，这些变化反映睡眠压力的个体差异（图2A）。在睡眠压力缓解的动态过程中，脑自发活动幅度的变化逐渐下调，呈现层级性恢复过程（图2B）。此外，睡眠剥夺导致的高稳态睡眠压力所引发脑自发活动幅度的层级性重构，可通过恢复睡眠得以复原（图2C）。总的来说，这些发现揭示了睡眠稳态动态变化背后的层级性空间图谱，可为睡眠稳态调控机制提供时空证据，为开发更有效的睡眠障碍干预措施提供理论依据。

图2. 人脑稳态睡眠压力缓解的脑功能层级

北京大学前沿交叉学科研究院邹启红副研究员为论文的第一作者兼并列通讯作者，上海外国语大学饶恒毅教授为并列通讯作者，北京大学物理学院重离子物理研究所高家红教授为最后通讯作者。北京脑科学与类脑研究中心、四川大学和北京师范大学等合作单位共同参与了项目研究。高家红团队的研究工作受到科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金、北京联影智能影像技术研究院和国家蛋白质科学基础设施—北京基地北京大学分设施的科研经费资助与支持。

论文原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-64989-5