一、 介紹

旨在闡明睡眠在哺乳動物中的作用的電生理研究已有近一個世紀的歷史，但睡眠的功能仍是一個難以捉摸的謎。睡眠狀態活動的歧視取決于對自由活動的動物的腦電圖（EEG）和肌電圖（EMG）信號的準確確定。腦的EEG記錄可提供有關神經元活動的大量信息，但局限性在于這些測量僅報告了總體的神經元放電模式。了解驅動這些大規模神經元事件的潛在生理機制，需要能夠準確監控神經化學物質釋放和攝取的技術。這樣的技術可以針對大腦中的特定結構，以補充電生理-臨床研究，現已被認為是研究睡眠作用的重要組成部分。

準確確定睡眠狀態的主要方法需要同時記錄大腦皮質區域的EEG記錄和肌肉EMG活性的同時測量。腦電圖痕跡反映了植入顱骨的兩個獨立電極之間的微伏電位差。潛在的大小差異為50至200 lV神經元放電引起的膜電位變化的結果活動。腦電信號的頻率也反映了神經元的活動。高頻（> 12 Hz）腦電圖表明活躍，完全不同的神經元激活通常與清醒有關。高放大器波形（> 100 lV），低頻（<5 Hz）腦電活動，例如在慢波（SW）睡眠期間觀察到的現象表示皮層神經rons以高度同步的節奏射擊。腦電圖具有5-8 Hz的頻率，其幅度小于100 lV，通常表現為快速眼動（REM）睡眠。肌電圖激活通過在肌肉中放置兩個獨立的電極進行測量，可以反映神經元激活產生的電位與肌肉收縮有關。高振幅肌電圖反映活動運動，而強音肌電圖信號表明靜止或睡眠。

盡管測量大腦和肌肉的電活動可以指示睡眠狀態，但不能提供神經化學功能的指示。要更好地了解滲透生理，就需要同時測量EEG記錄旁的神經遞質活性。L-谷氨酸，大腦中醉豐富的興奮性神經遞質，據信在睡眠過程中起著重要但尚未定義的作用。先前的大鼠研究表明，睡眠狀態之間的L-谷氨酸水平發生了變化REM睡眠過程中前額葉皮層區域的細胞外L-谷氨酸濃度增加。

量化與睡眠同時發生的時間的函數的神經遞質濃度并非易事。傳統上，這種采樣是通過微透析完成的或驗尸技術，例如免yi組織化學 或放射自顯影。這些技術中的每一個都可以提供有用的數據，但是所有這些技術都有類似的局限性，包括無法實時監視神經遞質（例如缺乏時間分辨率），以及正在監視的空間的新生平衡（局部環境）受到干擾。例如，微透析可提供數小時或數天的采樣，但通常jin限于每個樣品不超過1-5分鐘的速率。在微透析過程中，從當地環境中去除分析物會擾亂自然平衡，并且樣品的采集后處理非常費力。驗尸技術的局限性在于每只動物只能產生一個可用的時間點，而犧牲的必要步驟會干擾睡眠的測量[8b]。也嘗試過將非侵入性技術（例如MRI）與EEG記錄同時使用，但是這些技術要求動物在整個采樣期間保持固定狀態。

同時測量腦電圖，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程中神經遞質釋放的每秒變化，而不會干擾局部環境的平衡。生物傳感器采用生物識別元件（通常是酶）來產生電活性物質，然后在轉導元件上將其氧化。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中。生物傳感器周圍細胞外空間中的谷氨酸鹽被L-谷氨酸氧化酶轉化為過氧化氫（H2O2）。酶產生的H2O2然后通過各種膜層擴散到Pt–Ir表面，在此被氧化，產生可測量的安培電流。