首次，研究人员检测到了大脑中的睡眠模式，持续时间仅为毫秒，这一发现为我们理解控制意识的大脑波活动提供了新的视角。
睡眠和清醒是根本不同的状态，塑造着我们的日常体验。科学家们通常通过监测脑电波来区分这些状态，睡眠以持续几分之一秒的慢波为特征，这些波在整个大脑中传播。
科学家们发现，睡眠可以通过持续几毫秒的短暂神经元活动模式来识别。这一发现为探索和理解调节意识的基本脑波模式提供了一种新方法。这项研究发表在《自然神经科学》上，得益于华盛顿大学圣路易斯校区的生物学助理教授基思·亨根和加州大学圣克鲁兹分校的生物分子工程杰出教授大卫·豪斯勒之间的合作，博士生大卫·帕克斯（UCSC）和艾登·施奈德（WashU）主导了研究。
在四年的时间里，帕克斯和施奈德利用神经网络分析从亨根实验室收集的大量小鼠脑电波数据。研究人员发现了之前未知的极高频率模式，这对睡眠和清醒期间的大脑活动的既有看法提出了挑战。
通过检查毫秒级的脑活动数据，研究人员发现不同的大脑区域可以在其余大脑仍处于睡眠状态时短暂醒来，反之亦然，在从清醒到睡眠的过渡期间。这一发现挑战了传统观念，并为睡眠与清醒的复杂本质提供了新的见解。
神经科学家通常通过电生理数据研究大脑活动，这涉及记录大脑活动的电信号以观察电压波和神经元尖峰模式。研究人员利用轻便的耳机记录了小鼠十个不同大脑区域的脑活动，生成了数据宠字节，由人工神经网络分析以区分睡眠和清醒状态，并揭示人类观察所无法检测到的微妙模式。
神经网络能够根据毫秒级的脑活动数据区分睡眠和清醒状态，这一能力令研究团队感到惊讶。它表明，该模型并没有仅依赖于缓慢波动来区分睡眠和清醒，这表明高频率脑活动的短时间内包含了复杂的信息。
帕克斯和施奈德的发现挑战了关于睡眠和清醒的现有信念，促使人们重新评估神经科学中长期以来的假设。研究突出了质疑既有观念和探索新研究途径的重要性，以进一步理解不同意识状态下大脑活动的复杂性。
这些超快速脑活动模式的发现为睡眠的理解提供了新的维度，表明快速局部模式在定义睡眠状态中起着重要作用。研究人员提出，虽然慢波可能协调大脑活动，但快速模式更贴近睡眠的本质。
研究人员将传统的慢波类比为棒球场中的集体波动，快速模式则像是影响参与波动的个人对话，类比这些快速模式对整体睡眠状态的重要性，类似于心情为球场波定调。
当研究人员深入探讨这些局部大脑活动模式时，他们观察到了另一个有趣的现象：特定区域偶尔出现的脑活动“闪烁”，在其他区域仍处于睡眠状态时暂时醒来，这为睡眠和清醒状态之间的动态提供了进一步的见解。
研究人员发现了“闪烁”，即在整个大脑仍处于睡眠状态时，单一大脑区域苏醒的短暂时刻，反之亦然。这些闪烁表明大脑状态的变化。因此，他们调查了这些闪烁对睡眠和行为的重要性。
有一个假设是，如果大脑的一部分在个体清醒时入睡，他们的行为可能会像睡着的人。观察小鼠时，他们发现，当某个大脑区域在其余大脑清醒时短暂入睡，小鼠会暂停，看起来像是走神。类似地，在睡眠期间，如果某个大脑区域醒来，小鼠会抽动。
这些闪烁很有趣，因为它们不符合大脑从清醒到非快速眼动睡眠再到快速眼动睡眠的典型周期。它们显示了不同状态之间的意外过渡模式，挑战了现有知识。
理解这些高频率模式和清醒与睡眠之间的闪烁可能有助于研究与睡眠不规律相关的神经发育和神经退行性疾病。研究人员正在使用脑类器官模型进一步探索这些联系，这些模型是在实验室中培养的脑组织片段。
通过深入研究睡眠和清醒的基本方面，研究人员希望能为临床和疾病相关问题提供新的见解。这项研究为我们理解大脑的复杂性及其在调节行为和情感中的作用做出了贡献。
