研究人员首次能够观察到瞳孔在睡眠期间几小时的反应。通过观察眼睑下的情况，他们发现大脑在睡眠期间发生的情况远比以前假设的要多。
我们的眼睛在睡觉时通常是闭上的。然而，在我们闭合的眼睑下，实际上发生着大量的活动：一组研究人员，在苏黎世联邦理工学院神经运动控制实验室进行研究的首席研究员卡罗琳·卢斯滕伯杰、萨拉·梅斯纳和尼古拉·温德罗斯的带领下，观察到在睡眠期间瞳孔的大小不断波动。有时它增大，有时又缩小；有时候这些变化在几秒内发生，其他时候则在几分钟内发生。
“这些动态反映了觉醒状态或负责睡眠-清醒调节区域的大脑激活水平，”卢斯滕伯杰说。“这些观察结果与之前的假设相悖，后者认为睡眠期间的觉醒水平基本上是低的。”
相反，瞳孔大小的波动表明即使在睡眠期间，大脑也在不断地切换更高和更低的激活水平。这些新的发现也确认了人类在其他研究小组最近对啮齿动物的研究中发现的情况，啮齿动物同样表现出激活水平的缓慢波动（该领域称之为觉醒）。ETH研究人员的研究最近发表在期刊《自然通讯》中。
对旧谜团的新方法
控制激活水平的大脑区域位于脑干深处，这使得在睡眠期间很难直接测量这些过程。现有的方法技术要求高，尚未在该背景下建立。因此，ETH研究人员的研究依赖于瞳孔测量。已知瞳孔在一个人清醒时指示激活水平。因此，它们可以用作位于大脑更深处区域活动的标记。
ETH研究人员开发了一种新的方法来检查人们在睡眠中的瞳孔变化：通过使用特殊的粘合技术和透明的绷带，他们能够让受试者的眼睛保持睁开状态数小时。
“我们主要关注的是受试者是否能够在眼睛睁开的情况下入睡。但在一个黑暗的房间里，大多数人会忘记自己眼睛仍然睁着，可以入睡，”研究的首席作者曼努埃尔·卡罗·多明戈斯解释道，他是该技术的开发者。
数据分析显示，瞳孔动态不仅与不同的睡眠阶段有关，还有特定的脑部活动模式相关，例如睡眠纺锤波和明显的深度睡眠波——这些脑波对记忆巩固和睡眠稳定性至关重要。研究人员还发现，大脑对声音的反应强度有所不同，取决于激活水平，这反映在瞳孔的大小上。
激活水平的一个中心调节器是脑干中的一个小区域，称为蓝斑。在动物研究中，科学家们已经证明这对睡眠阶段和清醒的调节至关重要。ETH研究人员在这项研究中无法证明蓝斑是否确实直接负责瞳孔变化。“我们只是观察与大脑激活水平和心脏活动相关的瞳孔变化，”卢斯滕伯杰解释道。
在后续研究中，研究人员将尝试使用药物影响蓝斑活动，以调查这如何影响瞳孔动态。他们希望发现这个大脑区域是否确实负责控制睡眠期间的瞳孔，以及激活水平的变化如何影响睡眠及其功能。
利用瞳孔动态进行疾病诊断
理解睡眠期间的瞳孔动态也可能为睡眠障碍和其他疾病的诊断和治疗提供重要的见解。因此，研究人员希望调查睡眠期间瞳孔变化是否能提供觉醒系统功能障碍的指示。这包括失眠、创伤后应激障碍以及可能的阿尔茨海默病等疾病。“这些只是我们未来想要研究的假设，”卢斯滕伯杰说。
另一个目标是使该技术在睡眠实验室之外可用，例如在医院中，可以帮助监测昏迷患者的清醒状态或更准确地诊断睡眠障碍。因此，瞳孔作为通向大脑的窗口，可能为睡眠医学和神经科学开辟新的机会。
