郭笑 王赞 汤琪 张亚男 于洁洋 刘乃千

(1 吉林大学第一医院神经内科，长春，130021； 2 吉林大学文学院文学传播与媒介文化专业教研室，长春，130021)

人生三分之一的时间都在睡眠中度过，高质量的睡眠是身心健康的重要基础。研究表明：噪声可以对睡眠造成短期影响和长期影响。噪声的短期影响如：睡眠潜伏期延长、早醒、总睡眠时间减少等；长期暴露于噪声造成的睡眠剥夺可导致一系列健康问题如：睡眠与情绪障碍、心血管疾病、免疫功能受损、注意力和记忆功能减退等[1]。噪声对睡眠的影响取决于噪声本身，例如：噪声的类型(连续，间歇，脉冲)、强度、频率、频谱、间隔(持续时间，规律性)和本底噪声水平与最大幅度之间的差异等，也取决于个体因素如：年龄、性别、性格特征和噪声敏感性[2-3]。研究发现，除噪声外某些类型的声音有益于睡眠中记忆巩固。本文主要对睡眠与声音的关系及相互影响进行综述。

1 噪声影响睡眠的机制

噪声通过激活脑桥和脑干唤醒系统来促进觉醒，脑桥结构(如网状结构和脚桥核)接收听觉输入，并调节基底前脑、边缘系统、丘脑和下丘脑结构的神经传导活动，这些结构都与睡眠觉醒调节有关。噪声引起的急性失眠障碍可能是由于睡眠神经传递通路的短暂异常而导致觉醒[4]。有研究发现，与野生型小鼠比较，睡眠剥夺6 h后，多巴胺c-羟化酶基因(编码一种在大脑中产生去甲肾上腺素的酶)缺失的小鼠显示出声音觉醒阈值的显著增加[4]。自发性觉醒可以使心率加快。Orfeu证明，在各个睡眠阶段诱发的觉醒都可引起心动过速，但是在REM期觉醒会引起心率更快和更大幅度加速(10次/min)，而N2、N3期睡眠心率变化均相对较小[1]，单个噪声事件的上升斜率越陡，即速度越快，心率、舒张压、收缩压升高越大，睡眠片段化则越明显[5]。

在长期噪声环境下，同时伴有下丘脑-垂体-肾上腺轴和睡眠-觉醒通路神经传递障碍时，可以诱发慢性失眠障碍。长期或重复性噪声暴露可诱导皮质酮分泌产生亲神经反应，这种激素对SWS状态有抑制作用[4]。Swenja等研究显示：飞机噪声通过Nox2(吞噬细胞型NAPPA氧化酶)增加血管和脑的氧化应激。睡眠期的噪声会导致内皮功能障碍，血浆、心脏、脉管系统和额叶皮层(以及其他潜在的大脑区域)内更多的炎症和氧化应激。Nox2在飞机噪声引起的脑血管损伤中起着关键作用[6]。噪声通过上述机制，其短期可造成睡眠的片段化及睡眠结构的改变，长期可致情绪障碍及心脑血管疾病。

2 噪声破坏正常的睡眠结构

声音类型及其对睡眠的干扰程度有关。慢波睡眠(SWS)和快眼动睡眠(REM)均被认为是睡眠结构中的重要部分，SWS睡眠有利于体力的恢复，REM睡眠与记忆和精神行为相关,睡眠的片段化会导致SWS和REM的减少，严重影响患者的睡眠质量[7]。多个研究显示，环境噪声，如交通噪声与医院重症监护室(ICU)的噪声，可导致睡眠中断与片段化，总睡眠时间减少、非快动眼睡眠(NREM)中深睡眠(SWS)减少，REM减少，N1、N2与觉醒增加，N1、N2睡眠相对其他睡眠分期有更小的唤醒阈值，降低室内噪声水平可以增加慢波睡眠和REM睡眠的时间[8-12]。声音类型的不同对睡眠的干扰程度不同，Orfeu等人的研究系统量化了医院记录睡眠中声音的干扰能力，对于刺激而言，更高的声音水平导致睡眠中断的可能性更大。在相同的声音水平下，电子设备发出的声音，比如电话以及为了提醒医务人员而设计的静脉注射报警器的声音，要比其他设备发出的声音更能引起觉醒[1]。在一项比较不同交通方式对睡眠结构的影响研究中发现，道路交通噪声导致睡眠结构和连续性的变化较铁路与航空交通更显著[8-9]。间歇性高噪声对睡眠的负面影响比其他情况要大，峰值数量对睡眠影响程度大于平均声音水平[3]。噪声的信息内容对睡眠者很重要。如果噪声包含指示危险的信息，即使噪声非常轻微，听觉的报警功能也可能引起觉醒[13]。在REM期间，罕见的声音刺激所引起的α波增加对应着短暂的觉醒增加。Ruby等研究还提出自己名字的声音比其他名字的唤醒能力更强，说明了与睡眠保护有关，并提出了α波的调制可以在睡眠中对选择刺激进一步处理[14]。Ageborg等在实验室条件下研究夜间风力发电机噪声对睡眠的影响，发现较高的旋转频率和强烈的振幅调制会对N3睡眠产生不利影响，并且随着较高的旋转频率，N1睡眠增加[15]。Joos指出在相同的A加权声音暴露水平上，射击声、四次重复的关门声等多次重复脉冲声音，诱发的唤醒比例高于单个声音诱发的唤醒比例。为获得相同的觉醒比例，当前研究射击声音的声压级必须低于15 dB左右，多重关门声的声压级必须比单次声音低12 dB左右[16]。一项使用体动仪调查不同声源和声级对中国大学生睡眠影响的研究显示，在15个影响学生睡眠的PSQI干扰因素中，声音是第三大因素，却是影响最大的环境因素。每个房间的人数是影响睡眠本底声水平的重要因素，当人数为2个时最高，而当人数为5个时最低。受试者深度睡眠时间和REM睡眠时间随着背景声级的增加而降低了每分贝1.7和1.4 min。学生对睡前噪声的反应最为敏感。影响睡眠的主要噪声源为室友对话(77.42%)，其次为物体/家具/门碰撞(67.74%)和卧室走动(67.74%)[17]。

3 噪声暴露影响日间功能

睡眠后疲劳是噪声暴露的重要后遗症，这可能是由于深睡眠和REM期睡眠的缩短，浅睡眠和觉醒状态的延长[3]。非恢复性睡眠(Non-restorative Sleep，NRS)的定义是醒来后不会感到精神焕发，它已影响到约4.7%～44%的成年人。噪声耐受性是指个人对噪声的承受能力。Fong的研究表明，噪声耐受性的声压级每下降1 dBA，睡眠后的恢复度(用来评估NRS的主观工具)等效增加0.1单位(0～10的量度)，即1%。功能磁共振成像(fMRI)研究表明，噪声耐受性降低与中脑听觉活动增强有关[18]。噪声影响执行功能。计划、执行和抑制行为的功能通常被称为“执行功能”，其在调节人类行为中起着重要作用。执行功能可能是由前额叶皮层所负责。当清醒个体受到罕见的刺激时，在额叶部位检测到300 ms峰值潜伏期大的正弦波(“目标”P3)。事件相关电位(ERP)可以用来研究睡眠障碍后神经元受损。在一个运用ERP研究夜间交通噪声对睡眠与执行功能影响的试验中，比较对照组来说，夜间暴露于交通噪声下的受试者，在困难任务的Nogo试验(与皮质抑制性执行控制有关)中引起了额叶P3幅度的降低和P3的延迟，表明噪声引起的睡眠障碍导致了抑制性神经元的特定损伤并影响执行功能[19]。

睡眠中特定的声音刺激可以巩固记忆。睡眠与记忆密切相关，但不同的睡眠相关神经活动与不同类型的记忆机制之间的因果关系仍在争论中。Creery等发现，当在慢波睡眠(SWS)期间再次出现与学习相关的声音时，会引起靶向记忆重新激活(Targeted Memory Reactivation，TMR)，从而巩固相应的空间记忆，研究中使用了TMR来研究午后小睡SWS期间播放与睡前学习记忆任务相关声音(此声音并未诱发觉醒)，所引起的记忆巩固效果，结果显示睡眠时学习信息的外部激活可以加强记忆的储存，但学习能力太弱或记忆能力太强会掩盖TMR的影响，当避免极端情况时，可以使用TMR优先重新激活在睡眠之前学习的特定信息[20-21]。TMR是一种非侵入性的工具，在加强对睡眠期间记忆巩固的行为和生理方面可以做进一步深入研究。Ngo等人在慢波睡眠时使用了重复的声音刺激，研究发现，在慢波正相位时，听觉刺激会诱发额外的慢波和睡眠纺锤波活动。此外，回忆任务的回忆性能明显提高，并且与睡眠纺锤波活动增强有关[22]。在Leminen等人的研究中也观察到了声音刺激后线索记忆回忆性能的改善。该研究中使用了单音刺激，能够更精确地分析诱发脑电反应，并且发现单音就能产生记忆巩固作用，所以可以印证之前的假设，慢波之后的第一个声音导致主要的记忆效应，也可以解释最近的发现：2个或多个声序列刺激引起的记忆巩固没有差异，并发现可能只有线索回忆任务受益于声音刺激所提供的巩固增强[23]。这表明在深睡眠期间，可以通过使用与学习事件不直接相关的感觉刺激(例如声音刺激)来激发记忆巩固。神经生理学数据显示，声刺激诱发了脑电图的反应，在诱发的慢波正相期间，脑电图在睡眠纺锤波的频率范围内出现一阵活动，可能是诱发的慢波会自然地触发睡眠纺锤波，然后诱发记忆巩固。这些慢波和K复合波的神经起源可能是相关的[23]。但是也有报告显示在NREM深睡眠期播放声音，抑制睡眠中的学习记忆[24]。所以睡眠中记忆的促进和抑制及其机制仍有待研究。

纺锤波是频率约12～15Hz、持续时间通常在0.5～2 s之间、在皮层脑电图上状似纺锤以及在NREM睡眠期间自发发生的与睡眠有关的脑电波[5]。睡眠纺锤波出现标志着稳定的睡眠，但不一定能保护睡眠者免受外界噪声刺激。在睡眠期间，丘脑自发地与大脑皮质相互作用，可以产生短暂的脑电波活动，在脑电图中以纺锤波的形式出现[7]。丘脑网状核(TRN)中的神经元起着引起纺锤波的作用，TRN神经元增强丘脑皮质投射细胞的活动，据推测，丘脑皮质投射细胞放电会向皮质发出信号，以使皮质与环境通量隔离，从而促进离线记忆巩固或大脑可塑性过程。研究发现，睡眠纺锤波频率较高的个体比睡眠纺锤波频率较低的个体，在非快速眼动睡眠期间对各种常见噪声类型的脑电唤醒阈值更高，在噪声环境下睡眠稳定性更好。与年轻人比较，老年人的纺锤波频率、持续时间、振幅降低，噪声敏感性增加，睡眠片段化，睡眠效率和慢波睡眠降低，自发性脑电觉醒次数增加，这与基础纺锤波生成网络的灰质和白质完整性差异有关[5-7]。人们注意到感觉刺激可以诱发K复合波。有噪声夜晚观察到的纺锤波减少可能是由于累积诱发K复合波或脑电唤醒效应所致，有待进一步证实[5]。此外，噪声期间REM期的稳定部分由于在REM期中耳肌肉活动增加，中耳肌肉活动对噪声的减弱效应，由脑桥的REM睡眠控制核介导[3]。

4 总结

目前关于噪声对睡眠质量影响的证据存在相当大的偏差，比较不同交通方式对睡眠结构的影响时，道路交通噪声对睡眠结构的影响最显著，但在主观睡眠质量评分量表上，航空和铁路交通噪声却影响更大。这可能由于铁路和航空交通噪声持续时间更长，即有意识感知到的噪声时间更长[8-9]。女性对噪声影响睡眠的主观评估要强于男性，女性对噪声的认知比实际接触噪声更为显著[25]。差异的部分原因可能是缺乏对睡眠的客观评估，因此，需要结合对睡眠客观与主观的指标来评估噪声对睡眠的影响。

如何减轻噪声对睡眠的影响？首先应该控制噪声的强度，世界卫生组织指南指出医院环境噪声白天最好不超过40 dB(A)[26]。然而，在医院环境中这几乎是无法实现的。ICU中的平均噪声级在55～70 dB(A)之间，峰值噪声级则超过80 dB(A)[27]。所以可以通过一些声音阻隔的设备如隔音设备，耳塞等来减少噪声的影响。Demoule等人发现未经镇静的ICU患者，在标准护理基础上加用耳塞和面罩可改善睡眠质量并减轻焦虑，尤其是减少长时间觉醒并增加SWS持续时间[28]；Hu等发现，在模拟ICU环境中，受试者使用耳塞和眼罩不仅改善了主观睡眠质量，而且增加了REM睡眠量和夜间褪黑素水平[29]。其次，白噪声设备可能有利于暴露噪声环境中的睡眠。Stanchina等人对暴露于ICU噪声的正常人研究发现，混合频率白噪声的加入极大减少了睡眠中的觉醒，混合频率的白噪声增加了唤醒阈值，提高声音的基线水平会减少噪声强度的变化，因此，声音从基线到峰值的变化可能是导致睡眠中断的最重要原因，降低声音差可能会影响大脑皮质诱发电位的幅度和潜伏期。因此，在加入背景噪声的情况下，可能会导致睡眠时大脑皮质激活的强度降低。同时白噪声可能起到惊吓反射的脉冲前抑制作用，因此在较大刺激之前施加低水平白噪声会导致对主要刺激的反应降低[10]。一项运用床边发声器(声音疗法)治疗耳鸣患者入睡困难的研究显示，使用床边发生器的患者匹兹堡睡眠量表(PSQI)分数在4周后明显下降，可能由于声音疗法减少耳鸣相关神经元活动和背景神经元活动之间的差异。而在这些声音中最受欢迎的是小溪声音(水声)，其次是鸟的声音，可能这类声音同时起到了愉悦和放松心情的作用[30]。

总之，声音对睡眠的影响非常重要，声音在不同睡眠阶段的影响和作用不同。大多声音与睡眠的研究持续时间相对较短，长期噪声暴露对睡眠的影响仍不明确，因此为改善睡眠质量，认识声音在睡眠和记忆巩固中的作用非常重要。