人體生理實驗: 睡眠與腦電圖(EEG)

<本內容參考Backyard Brains原廠資源，轉載請註明出處>

「To sleep, perchance to dream (睡眠，也許作夢)」W.莎士比亞

長期以來，詩人、哲學家與科學家一直想了解這個在我們生活與健康上發揮極為深遠作用的奇妙生理現象。在這個實驗中，我們將學習為什麼需要「睡眠」的現代理論，我們將記錄你在睡眠時大腦額葉皮質所出現的電訊號

實驗目的

透過這個實驗，你將了解在睡眠時大腦所進入的模式以及如何識別各種腦電圖(EEG)，你還因此可以睡個覺!

實驗設備與材料

• 心與腦電訊號盒

背景知識

我們為什麼需要睡眠? 這是科學家們一直想解開的世紀之謎! 想想飢餓的時候，我們需要吃食物，因為這可以確保身體獲得所需的營養，疲憊的時候，我們需要睡眠，這確保了…什麼? 我們為什麼需要睡眠?

當你睡覺時，你的大腦會在4個睡眠週期之間擺盪: 第1階段、第2階段、第3階段與REM階段，當你開始入睡時，會先進入「睡前」階段，此時生理活動會減少，你對環境、皮質活動與內部思想的意識處於非常低的水平，不過它仍在發生。在這個階段，你是清醒的，但閉著眼睛放鬆，此時主要的腦電圖為8~13 Hz的α波。當我們最終入睡後，睡眠便分為上述的4個階段

第1階段

這是最淺的睡眠階段，也稱為入睡階段。它的特點是持續幾秒鐘的緩慢眼球運動，並以3~7 Hz的θ波取代8~13 Hz的α波。從這個階段醒來的人會聲稱他們沒有入睡

第2階段

此階段的眼球運動極少，腦電圖以睡眠紡錘波與K複合體為主，睡眠紡錘波是12~14 Hz範圍內一系列不同的波，K複合體為電位短暫的「大幅度」擺動

第3階段

這是最深的睡眠階段，也稱為慢波睡眠(SWS)，在此階段大腦對外部刺激的反應最弱，也最難被喚醒。第3階段睡眠的特點是慢波「δ活動」，這是一個0.5~3Hz的高振福訊號，它很容易被發現，這是大腦產生最強烈的同步活動。第2階段的睡眠紡錘波與K複合體在第3階段仍然存在

REM: 快速動眼期

快速動眼期就是在睡眠中你的眼睛在眼皮下快速轉動的階段，而此時你正在生動的做夢。快速動眼期是睡眠中大腦活動最激烈、最多樣化的部份，也是人們睡眠中最有趣的部分。人自古以來就一直在做夢，而REM是夢發生的地方，但直到1953年才發現這樣的聯繫關係。快速動眼期的腦電圖看起來很像「清醒」狀態的腦電圖，包含各種高頻與低振福的部分

現在，我們知道僅在書本上認識這些腦電圖的特徵，而不去深入了解他背後的意義是不行的，因此讓我們在大腦額葉皮質做一些實驗，以讓這些睡眠階段的腦電圖圖像化。我們將可以看到第3階段睡眠的δ波與K複合體，REM會隨著眼球運動而發生，現在來邀請朋友或自己小睡一下，實驗的時間到了!

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