一、 介紹
旨在闡明睡眠在哺乳動(dòng)物中的作用的電生理研究已有近一個(gè)世紀(jì)的歷史，但睡眠的功能仍是一個(gè)難以捉摸的謎。睡眠狀態(tài)活動(dòng)的歧視取決于對(duì)自由活動(dòng)的動(dòng)物的腦電圖（EEG）和肌電圖（EMG）信號(hào)的準(zhǔn)確確定。腦的EEG記錄可提供有關(guān)神經(jīng)元活動(dòng)的大量信息，但局限性在于這些測(cè)量?jī)H報(bào)告了總體的神經(jīng)元放電模式。了解驅(qū)動(dòng)這些大規(guī)模神經(jīng)元事件的潛在生理機(jī)制，需要能夠準(zhǔn)確監(jiān)控神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)釋放和攝取的技術(shù)。這樣的技術(shù)可以針對(duì)大腦中的特定結(jié)構(gòu)，以補(bǔ)充電生理-臨床研究，現(xiàn)已被認(rèn)為是研究睡眠作用的重要組成部分。
準(zhǔn)確確定睡眠狀態(tài)的主要方法需要同時(shí)記錄大腦皮質(zhì)區(qū)域的EEG記錄和肌肉EMG活性的同時(shí)測(cè)量。腦電圖痕跡反映了植入顱骨的兩個(gè)獨(dú)立電極之間的微伏電位差。潛在的大小差異為50至200 lV神經(jīng)元放電引起的膜電位變化的結(jié)果活動(dòng)。腦電信號(hào)的頻率也反映了神經(jīng)元的活動(dòng)。高頻（> 12 Hz）腦電圖表明活躍，完全不同的神經(jīng)元激活通常與清醒有關(guān)。高放大器波形（> 100 lV），低頻（<5 Hz）腦電活動(dòng)，例如在慢波（SW）睡眠期間觀察到的現(xiàn)象表示皮層神經(jīng)rons以高度同步的節(jié)奏射擊。腦電圖具有5-8 Hz的頻率，其幅度小于100 lV，通常表現(xiàn)為快速眼動(dòng)（REM）睡眠。肌電圖激活通過(guò)在肌肉中放置兩個(gè)獨(dú)立的電極進(jìn)行測(cè)量，可以反映神經(jīng)元激活產(chǎn)生的電位與肌肉收縮有關(guān)。高振幅肌電圖反映活動(dòng)運(yùn)動(dòng)，而強(qiáng)音肌電圖信號(hào)表明靜止或睡眠。
盡管測(cè)量大腦和肌肉的電活動(dòng)可以指示睡眠狀態(tài)，但不能提供神經(jīng)化學(xué)功能的指示。要更好地了解滲透生理，就需要同時(shí)測(cè)量EEG記錄旁的神經(jīng)遞質(zhì)活性。L-谷氨酸，大腦中醉豐富的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，據(jù)信在睡眠過(guò)程中起著重要但尚未定義的作用。先前的大鼠研究表明，睡眠狀態(tài)之間的L-谷氨酸水平發(fā)生了變化REM睡眠過(guò)程中前額葉皮層區(qū)域的細(xì)胞外L-谷氨酸濃度增加。
量化與睡眠同時(shí)發(fā)生的時(shí)間的函數(shù)的神經(jīng)遞質(zhì)濃度并非易事。傳統(tǒng)上，這種采樣是通過(guò)微透析完成的或驗(yàn)尸技術(shù)，例如免yi組織化學(xué) 或放射自顯影。這些技術(shù)中的每一個(gè)都可以提供有用的數(shù)據(jù)，但是所有這些技術(shù)都有類(lèi)似的局限性，包括無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)視神經(jīng)遞質(zhì)（例如缺乏時(shí)間分辨率），以及正在監(jiān)視的空間的新生平衡（局部環(huán)境）受到干擾。例如，微透析可提供數(shù)小時(shí)或數(shù)天的采樣，但通常jin限于每個(gè)樣品不超過(guò)1-5分鐘的速率。在微透析過(guò)程中，從當(dāng)?shù)丨h(huán)境中去除分析物會(huì)擾亂自然平衡，并且樣品的采集后處理非常費(fèi)力。驗(yàn)尸技術(shù)的局限性在于每只動(dòng)物只能產(chǎn)生一個(gè)可用的時(shí)間點(diǎn)，而犧牲的必要步驟會(huì)干擾睡眠的測(cè)量[8b]。也嘗試過(guò)將非侵入性技術(shù)（例如MRI）與EEG記錄同時(shí)使用，但是這些技術(shù)要求動(dòng)物在整個(gè)采樣期間保持固定狀態(tài)。
同時(shí)測(cè)量腦電圖，肌電圖和L-谷氨酸生物傳感器的記錄非常適合量化睡眠過(guò)程中神經(jīng)遞質(zhì)釋放的每秒變化，而不會(huì)干擾局部環(huán)境的平衡。生物傳感器采用生物識(shí)別元件（通常是酶）來(lái)產(chǎn)生電活性物質(zhì)，然后在轉(zhuǎn)導(dǎo)元件上將其氧化。在L-谷氨酸生物傳感器的情況下，極化至0.6 V的Pt-Ir電極涂在含有生物元素L-谷氨酸氧化酶的基質(zhì)中。生物傳感器周?chē)?xì)胞外空間中的谷氨酸鹽被L-谷氨酸氧化酶轉(zhuǎn)化為過(guò)氧化氫（H2O2）。酶產(chǎn)生的H2O2然后通過(guò)各種膜層擴(kuò)散到Pt–Ir表面，在此被氧化，產(chǎn)生可測(cè)量的安培電流。
