聲音與睡眠

郭笑 王贊 湯琪 張亞男 于潔洋 劉乃千

(1 吉林大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，長春，130021； 2 吉林大學(xué)文學(xué)院文學(xué)傳播與媒介文化專業(yè)教研室，長春，130021)

人生三分之一的時間都在睡眠中度過，高質(zhì)量的睡眠是身心健康的重要基礎(chǔ)。研究表明：噪聲可以對睡眠造成短期影響和長期影響。噪聲的短期影響如：睡眠潛伏期延長、早醒、總睡眠時間減少等；長期暴露于噪聲造成的睡眠剝奪可導(dǎo)致一系列健康問題如：睡眠與情緒障礙、心血管疾病、免疫功能受損、注意力和記憶功能減退等[1]。噪聲對睡眠的影響取決于噪聲本身，例如：噪聲的類型(連續(xù)，間歇，脈沖)、強(qiáng)度、頻率、頻譜、間隔(持續(xù)時間，規(guī)律性)和本底噪聲水平與最大幅度之間的差異等，也取決于個體因素如：年齡、性別、性格特征和噪聲敏感性[2-3]。研究發(fā)現(xiàn)，除噪聲外某些類型的聲音有益于睡眠中記憶鞏固。本文主要對睡眠與聲音的關(guān)系及相互影響進(jìn)行綜述。

1 噪聲影響睡眠的機(jī)制

噪聲通過激活腦橋和腦干喚醒系統(tǒng)來促進(jìn)覺醒，腦橋結(jié)構(gòu)(如網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和腳橋核)接收聽覺輸入，并調(diào)節(jié)基底前腦、邊緣系統(tǒng)、丘腦和下丘腦結(jié)構(gòu)的神經(jīng)傳導(dǎo)活動，這些結(jié)構(gòu)都與睡眠覺醒調(diào)節(jié)有關(guān)。噪聲引起的急性失眠障礙可能是由于睡眠神經(jīng)傳遞通路的短暫異常而導(dǎo)致覺醒[4]。有研究發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠比較，睡眠剝奪6 h后，多巴胺c-羥化酶基因(編碼一種在大腦中產(chǎn)生去甲腎上腺素的酶)缺失的小鼠顯示出聲音覺醒閾值的顯著增加[4]。自發(fā)性覺醒可以使心率加快。Orfeu證明，在各個睡眠階段誘發(fā)的覺醒都可引起心動過速，但是在REM期覺醒會引起心率更快和更大幅度加速(10次/min)，而N2、N3期睡眠心率變化均相對較小[1]，單個噪聲事件的上升斜率越陡，即速度越快，心率、舒張壓、收縮壓升高越大，睡眠片段化則越明顯[5]。

在長期噪聲環(huán)境下，同時伴有下丘腦-垂體-腎上腺軸和睡眠-覺醒通路神經(jīng)傳遞障礙時，可以誘發(fā)慢性失眠障礙。長期或重復(fù)性噪聲暴露可誘導(dǎo)皮質(zhì)酮分泌產(chǎn)生親神經(jīng)反應(yīng)，這種激素對SWS狀態(tài)有抑制作用[4]。Swenja等研究顯示：飛機(jī)噪聲通過Nox2(吞噬細(xì)胞型NAPPA氧化酶)增加血管和腦的氧化應(yīng)激。睡眠期的噪聲會導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙，血漿、心臟、脈管系統(tǒng)和額葉皮層(以及其他潛在的大腦區(qū)域)內(nèi)更多的炎癥和氧化應(yīng)激。Nox2在飛機(jī)噪聲引起的腦血管損傷中起著關(guān)鍵作用[6]。噪聲通過上述機(jī)制，其短期可造成睡眠的片段化及睡眠結(jié)構(gòu)的改變，長期可致情緒障礙及心腦血管疾病。

2 噪聲破壞正常的睡眠結(jié)構(gòu)

聲音類型及其對睡眠的干擾程度有關(guān)。慢波睡眠(SWS)和快眼動睡眠(REM)均被認(rèn)為是睡眠結(jié)構(gòu)中的重要部分，SWS睡眠有利于體力的恢復(fù)，REM睡眠與記憶和精神行為相關(guān),睡眠的片段化會導(dǎo)致SWS和REM的減少，嚴(yán)重影響患者的睡眠質(zhì)量[7]。多個研究顯示，環(huán)境噪聲，如交通噪聲與醫(yī)院重癥監(jiān)護(hù)室(ICU)的噪聲，可導(dǎo)致睡眠中斷與片段化，總睡眠時間減少、非快動眼睡眠(NREM)中深睡眠(SWS)減少，REM減少，N1、N2與覺醒增加，N1、N2睡眠相對其他睡眠分期有更小的喚醒閾值，降低室內(nèi)噪聲水平可以增加慢波睡眠和REM睡眠的時間[8-12]。聲音類型的不同對睡眠的干擾程度不同，Orfeu等人的研究系統(tǒng)量化了醫(yī)院記錄睡眠中聲音的干擾能力，對于刺激而言，更高的聲音水平導(dǎo)致睡眠中斷的可能性更大。在相同的聲音水平下，電子設(shè)備發(fā)出的聲音，比如電話以及為了提醒醫(yī)務(wù)人員而設(shè)計(jì)的靜脈注射報(bào)警器的聲音，要比其他設(shè)備發(fā)出的聲音更能引起覺醒[1]。在一項(xiàng)比較不同交通方式對睡眠結(jié)構(gòu)的影響研究中發(fā)現(xiàn)，道路交通噪聲導(dǎo)致睡眠結(jié)構(gòu)和連續(xù)性的變化較鐵路與航空交通更顯著[8-9]。間歇性高噪聲對睡眠的負(fù)面影響比其他情況要大，峰值數(shù)量對睡眠影響程度大于平均聲音水平[3]。噪聲的信息內(nèi)容對睡眠者很重要。如果噪聲包含指示危險(xiǎn)的信息，即使噪聲非常輕微，聽覺的報(bào)警功能也可能引起覺醒[13]。在REM期間，罕見的聲音刺激所引起的α波增加對應(yīng)著短暫的覺醒增加。Ruby等研究還提出自己名字的聲音比其他名字的喚醒能力更強(qiáng)，說明了與睡眠保護(hù)有關(guān)，并提出了α波的調(diào)制可以在睡眠中對選擇刺激進(jìn)一步處理[14]。Ageborg等在實(shí)驗(yàn)室條件下研究夜間風(fēng)力發(fā)電機(jī)噪聲對睡眠的影響，發(fā)現(xiàn)較高的旋轉(zhuǎn)頻率和強(qiáng)烈的振幅調(diào)制會對N3睡眠產(chǎn)生不利影響，并且隨著較高的旋轉(zhuǎn)頻率，N1睡眠增加[15]。Joos指出在相同的A加權(quán)聲音暴露水平上，射擊聲、四次重復(fù)的關(guān)門聲等多次重復(fù)脈沖聲音，誘發(fā)的喚醒比例高于單個聲音誘發(fā)的喚醒比例。為獲得相同的覺醒比例，當(dāng)前研究射擊聲音的聲壓級必須低于15 dB左右，多重關(guān)門聲的聲壓級必須比單次聲音低12 dB左右[16]。一項(xiàng)使用體動儀調(diào)查不同聲源和聲級對中國大學(xué)生睡眠影響的研究顯示，在15個影響學(xué)生睡眠的PSQI干擾因素中，聲音是第三大因素，卻是影響最大的環(huán)境因素。每個房間的人數(shù)是影響睡眠本底聲水平的重要因素，當(dāng)人數(shù)為2個時最高，而當(dāng)人數(shù)為5個時最低。受試者深度睡眠時間和REM睡眠時間隨著背景聲級的增加而降低了每分貝1.7和1.4 min。學(xué)生對睡前噪聲的反應(yīng)最為敏感。影響睡眠的主要噪聲源為室友對話(77.42%)，其次為物體/家具/門碰撞(67.74%)和臥室走動(67.74%)[17]。

3 噪聲暴露影響日間功能

睡眠后疲勞是噪聲暴露的重要后遺癥，這可能是由于深睡眠和REM期睡眠的縮短，淺睡眠和覺醒狀態(tài)的延長[3]。非恢復(fù)性睡眠(Non-restorative Sleep，NRS)的定義是醒來后不會感到精神煥發(fā)，它已影響到約4.7%～44%的成年人。噪聲耐受性是指個人對噪聲的承受能力。Fong的研究表明，噪聲耐受性的聲壓級每下降1 dBA，睡眠后的恢復(fù)度(用來評估NRS的主觀工具)等效增加0.1單位(0～10的量度)，即1%。功能磁共振成像(fMRI)研究表明，噪聲耐受性降低與中腦聽覺活動增強(qiáng)有關(guān)[18]。噪聲影響執(zhí)行功能。計(jì)劃、執(zhí)行和抑制行為的功能通常被稱為“執(zhí)行功能”，其在調(diào)節(jié)人類行為中起著重要作用。執(zhí)行功能可能是由前額葉皮層所負(fù)責(zé)。當(dāng)清醒個體受到罕見的刺激時，在額葉部位檢測到300 ms峰值潛伏期大的正弦波(“目標(biāo)”P3)。事件相關(guān)電位(ERP)可以用來研究睡眠障礙后神經(jīng)元受損。在一個運(yùn)用ERP研究夜間交通噪聲對睡眠與執(zhí)行功能影響的試驗(yàn)中，比較對照組來說，夜間暴露于交通噪聲下的受試者，在困難任務(wù)的Nogo試驗(yàn)(與皮質(zhì)抑制性執(zhí)行控制有關(guān))中引起了額葉P3幅度的降低和P3的延遲，表明噪聲引起的睡眠障礙導(dǎo)致了抑制性神經(jīng)元的特定損傷并影響執(zhí)行功能[19]。

睡眠中特定的聲音刺激可以鞏固記憶。睡眠與記憶密切相關(guān)，但不同的睡眠相關(guān)神經(jīng)活動與不同類型的記憶機(jī)制之間的因果關(guān)系仍在爭論中。Creery等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在慢波睡眠(SWS)期間再次出現(xiàn)與學(xué)習(xí)相關(guān)的聲音時，會引起靶向記憶重新激活(Targeted Memory Reactivation，TMR)，從而鞏固相應(yīng)的空間記憶，研究中使用了TMR來研究午后小睡SWS期間播放與睡前學(xué)習(xí)記憶任務(wù)相關(guān)聲音(此聲音并未誘發(fā)覺醒)，所引起的記憶鞏固效果，結(jié)果顯示睡眠時學(xué)習(xí)信息的外部激活可以加強(qiáng)記憶的儲存，但學(xué)習(xí)能力太弱或記憶能力太強(qiáng)會掩蓋TMR的影響，當(dāng)避免極端情況時，可以使用TMR優(yōu)先重新激活在睡眠之前學(xué)習(xí)的特定信息[20-21]。TMR是一種非侵入性的工具，在加強(qiáng)對睡眠期間記憶鞏固的行為和生理方面可以做進(jìn)一步深入研究。Ngo等人在慢波睡眠時使用了重復(fù)的聲音刺激，研究發(fā)現(xiàn)，在慢波正相位時，聽覺刺激會誘發(fā)額外的慢波和睡眠紡錘波活動。此外，回憶任務(wù)的回憶性能明顯提高，并且與睡眠紡錘波活動增強(qiáng)有關(guān)[22]。在Leminen等人的研究中也觀察到了聲音刺激后線索記憶回憶性能的改善。該研究中使用了單音刺激，能夠更精確地分析誘發(fā)腦電反應(yīng)，并且發(fā)現(xiàn)單音就能產(chǎn)生記憶鞏固作用，所以可以印證之前的假設(shè)，慢波之后的第一個聲音導(dǎo)致主要的記憶效應(yīng)，也可以解釋最近的發(fā)現(xiàn)：2個或多個聲序列刺激引起的記憶鞏固沒有差異，并發(fā)現(xiàn)可能只有線索回憶任務(wù)受益于聲音刺激所提供的鞏固增強(qiáng)[23]。這表明在深睡眠期間，可以通過使用與學(xué)習(xí)事件不直接相關(guān)的感覺刺激(例如聲音刺激)來激發(fā)記憶鞏固。神經(jīng)生理學(xué)數(shù)據(jù)顯示，聲刺激誘發(fā)了腦電圖的反應(yīng)，在誘發(fā)的慢波正相期間，腦電圖在睡眠紡錘波的頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)一陣活動，可能是誘發(fā)的慢波會自然地觸發(fā)睡眠紡錘波，然后誘發(fā)記憶鞏固。這些慢波和K復(fù)合波的神經(jīng)起源可能是相關(guān)的[23]。但是也有報(bào)告顯示在NREM深睡眠期播放聲音，抑制睡眠中的學(xué)習(xí)記憶[24]。所以睡眠中記憶的促進(jìn)和抑制及其機(jī)制仍有待研究。

紡錘波是頻率約12～15Hz、持續(xù)時間通常在0.5～2 s之間、在皮層腦電圖上狀似紡錘以及在NREM睡眠期間自發(fā)發(fā)生的與睡眠有關(guān)的腦電波[5]。睡眠紡錘波出現(xiàn)標(biāo)志著穩(wěn)定的睡眠，但不一定能保護(hù)睡眠者免受外界噪聲刺激。在睡眠期間，丘腦自發(fā)地與大腦皮質(zhì)相互作用，可以產(chǎn)生短暫的腦電波活動，在腦電圖中以紡錘波的形式出現(xiàn)[7]。丘腦網(wǎng)狀核(TRN)中的神經(jīng)元起著引起紡錘波的作用，TRN神經(jīng)元增強(qiáng)丘腦皮質(zhì)投射細(xì)胞的活動，據(jù)推測，丘腦皮質(zhì)投射細(xì)胞放電會向皮質(zhì)發(fā)出信號，以使皮質(zhì)與環(huán)境通量隔離，從而促進(jìn)離線記憶鞏固或大腦可塑性過程。研究發(fā)現(xiàn)，睡眠紡錘波頻率較高的個體比睡眠紡錘波頻率較低的個體，在非快速眼動睡眠期間對各種常見噪聲類型的腦電喚醒閾值更高，在噪聲環(huán)境下睡眠穩(wěn)定性更好。與年輕人比較，老年人的紡錘波頻率、持續(xù)時間、振幅降低，噪聲敏感性增加，睡眠片段化，睡眠效率和慢波睡眠降低，自發(fā)性腦電覺醒次數(shù)增加，這與基礎(chǔ)紡錘波生成網(wǎng)絡(luò)的灰質(zhì)和白質(zhì)完整性差異有關(guān)[5-7]。人們注意到感覺刺激可以誘發(fā)K復(fù)合波。有噪聲夜晚觀察到的紡錘波減少可能是由于累積誘發(fā)K復(fù)合波或腦電喚醒效應(yīng)所致，有待進(jìn)一步證實(shí)[5]。此外，噪聲期間REM期的穩(wěn)定部分由于在REM期中耳肌肉活動增加，中耳肌肉活動對噪聲的減弱效應(yīng)，由腦橋的REM睡眠控制核介導(dǎo)[3]。

4 總結(jié)

目前關(guān)于噪聲對睡眠質(zhì)量影響的證據(jù)存在相當(dāng)大的偏差，比較不同交通方式對睡眠結(jié)構(gòu)的影響時，道路交通噪聲對睡眠結(jié)構(gòu)的影響最顯著，但在主觀睡眠質(zhì)量評分量表上，航空和鐵路交通噪聲卻影響更大。這可能由于鐵路和航空交通噪聲持續(xù)時間更長，即有意識感知到的噪聲時間更長[8-9]。女性對噪聲影響睡眠的主觀評估要強(qiáng)于男性，女性對噪聲的認(rèn)知比實(shí)際接觸噪聲更為顯著[25]。差異的部分原因可能是缺乏對睡眠的客觀評估，因此，需要結(jié)合對睡眠客觀與主觀的指標(biāo)來評估噪聲對睡眠的影響。

如何減輕噪聲對睡眠的影響？首先應(yīng)該控制噪聲的強(qiáng)度，世界衛(wèi)生組織指南指出醫(yī)院環(huán)境噪聲白天最好不超過40 dB(A)[26]。然而，在醫(yī)院環(huán)境中這幾乎是無法實(shí)現(xiàn)的。ICU中的平均噪聲級在55～70 dB(A)之間，峰值噪聲級則超過80 dB(A)[27]。所以可以通過一些聲音阻隔的設(shè)備如隔音設(shè)備，耳塞等來減少噪聲的影響。Demoule等人發(fā)現(xiàn)未經(jīng)鎮(zhèn)靜的ICU患者，在標(biāo)準(zhǔn)護(hù)理基礎(chǔ)上加用耳塞和面罩可改善睡眠質(zhì)量并減輕焦慮，尤其是減少長時間覺醒并增加SWS持續(xù)時間[28]；Hu等發(fā)現(xiàn)，在模擬ICU環(huán)境中，受試者使用耳塞和眼罩不僅改善了主觀睡眠質(zhì)量，而且增加了REM睡眠量和夜間褪黑素水平[29]。其次，白噪聲設(shè)備可能有利于暴露噪聲環(huán)境中的睡眠。Stanchina等人對暴露于ICU噪聲的正常人研究發(fā)現(xiàn)，混合頻率白噪聲的加入極大減少了睡眠中的覺醒，混合頻率的白噪聲增加了喚醒閾值，提高聲音的基線水平會減少噪聲強(qiáng)度的變化，因此，聲音從基線到峰值的變化可能是導(dǎo)致睡眠中斷的最重要原因，降低聲音差可能會影響大腦皮質(zhì)誘發(fā)電位的幅度和潛伏期。因此，在加入背景噪聲的情況下，可能會導(dǎo)致睡眠時大腦皮質(zhì)激活的強(qiáng)度降低。同時白噪聲可能起到驚嚇反射的脈沖前抑制作用，因此在較大刺激之前施加低水平白噪聲會導(dǎo)致對主要刺激的反應(yīng)降低[10]。一項(xiàng)運(yùn)用床邊發(fā)聲器(聲音療法)治療耳鳴患者入睡困難的研究顯示，使用床邊發(fā)生器的患者匹茲堡睡眠量表(PSQI)分?jǐn)?shù)在4周后明顯下降，可能由于聲音療法減少耳鳴相關(guān)神經(jīng)元活動和背景神經(jīng)元活動之間的差異。而在這些聲音中最受歡迎的是小溪聲音(水聲)，其次是鳥的聲音，可能這類聲音同時起到了愉悅和放松心情的作用[30]。

總之，聲音對睡眠的影響非常重要，聲音在不同睡眠階段的影響和作用不同。大多聲音與睡眠的研究持續(xù)時間相對較短，長期噪聲暴露對睡眠的影響仍不明確，因此為改善睡眠質(zhì)量，認(rèn)識聲音在睡眠和記憶鞏固中的作用非常重要。