睡眠惰性(sleep inertia)是指从睡眠中醒来的短暂生理状态,其特征是低警觉性、迷惑、行为紊乱和认知能力、感觉能力下降的状态。已有研究表明,睡眠惰性期间,持续性注意、警觉、工作记忆、执行功能、决策等任务表现下降。睡眠惰性的基础研究表明,从睡眠到觉醒状态的转换不是一种全或无的转换,而是一个主动而复杂的生理调节过程,需要一定的时间来完成。虽然很多研究探究了睡眠惰性对认知功能的影响,睡眠惰性的生理心理机制仍不明确。本研究通过两个实验,进一步探讨睡眠惰性的认知神经机制。本研究首先验证睡眠期的特征是否会侵入到睡眠惰性阶段;其次,探究睡眠惰性期间脑电脑网络和静息态脑网络的特征;最后,探究睡眠惰性期间电生理信号与血氧动力学信号之间的关系,以期为睡眠惰性的神经机制提供来自于多模态的证据。研究一中,我们探究了 90分钟的午睡能否引起睡眠惰性,并使用基于最小生成树的图论分析方法,探究睡眠惰性期间脑电脑网络的变化。具体来说,我们收集了 27名健康大学生在睡前,醒后5分钟以及醒后25分钟的脑电睁眼静息态数据,并且,这些被试完成了精神运动警觉任务和正性负性情绪量表的填写。结果表明,在15名慢波时长超过5分钟的被试中,8名被试在90分钟的午睡后出现了睡眠惰性。与睡前静息态相比,睡眠惰性期间脑电的delta频段上构建的最小生成树的直径和平均离心率显著升高,即delta频段脑网络的整合程度降低。此外,我们探索性的分析了睡眠惰性期间被试的情绪状态,结果显示,无论是正负性情绪量表的得分还是alpha偏侧化系数,在睡前和醒后5分钟均未发生显著改变。研究二中,我们使用同步EEG-fMRI技术,收集了 43名健康大学生睡前和睡眠惰性期间的同步EEG-fMRI数据。我们分别分析了脑电的频谱特征,静息态脑网络的低频振幅和功能连接特征,以及脑电警觉性与静息态脑网络血氧动力学信号的关系。结果发现:与睡前静息态相比,睡眠惰性期间1)delta频段的能量显著增加,脑电警觉性降低;2)默认网络的低频振幅显著下降,额顶控制网络和背侧注意网络的低频振幅也表现出了下降的趋势,但没达到显著水平;3)默认网络与背侧注意网络的功能连接显著降低;额顶控制网络与背侧注意网络的功能连接显著降低;4)额顶控制网络与脑电警觉性的相关性在睡眠惰性期间消失。总体来说,本研究进一步探究了睡眠惰性期间的认知神经机制,发现了睡眠向觉醒转换过程中的一些独特表现。无论是频谱能量还是连接特征,delta频段都表显示出了明显不同于完全清醒状态下的模式,反映出了睡眠惰性期间睡眠阶段特征的侵入。在功能磁共振方面,静息态脑网络的活动和连接都表现出普遍的下降,这可能是睡眠惰性期间诸多认知功能受损的神经生理机制。更重要的是,通过多模态的融合分析,我们发现了睡眠惰性期间脑电警觉性与额顶网络血氧动力学信号反相关的消失。这一结果揭示了睡眠惰性期间复杂的时间动态性,为理解睡眠惰性期间的神经机制提供了多模态视角。本研究的结果有助于为睡眠相位后移综合征,以及与倒班、社会时差相关的睡眠障碍提供潜在的治疗方法。