睡眠對嬰幼兒的生長發育至關重要，目前已有大量研究證明良好的睡眠可以促進嬰幼兒的體格、運動、智力發育。文章在先前的研究基礎上，對睡眠與認知的關系做進一步的闡述，從動物實驗、臨床觀察、生理病理基礎研究三個不同層面剖析睡眠與認知的關系，旨在闡述睡眠與學習認知相關的大腦皮層發育、突觸重塑的具體機制。
引用本文： 吳至鳳, 鄧虹燕, 李驍, 趙聰敏. 睡眠影響嬰幼兒認知發育的機制研究. 癲癇雜志, 2017, 3(4): 329-332. doi: 10.7507/2096-0247.20170051 復制
睡眠是人類生長發育的一個重要的生理過程，而嬰幼兒期的睡眠是人類睡眠結構逐漸完善的關鍵時期，不僅影響到中樞神經系統的發育，也會影響到嬰幼兒的運動、認知、智力的發育。目前，國內外對有關睡眠的研究非常關注，尤其是對嬰幼兒期睡眠的研究更是備受矚目。嬰幼兒睡眠模式和睡眠質量與早期的認知發育有直接關系，健康的睡眠模式和良好的睡眠質量有利于認知發育；反之，會阻礙認知發育，導致不同疾病的發生。我們從動物實驗、臨床觀察、生理病理基礎研究三個不同層面闡述睡眠與學習認知相關的大腦皮層發育、突觸重塑的密切關系，期望同行進一步關注發育期睡眠的微結構(Sleep microstructure)與認知能力的關系。
1 睡眠與認知的實驗研究
動物與人類早期的睡眠特征和發育轉變是相似的[1]。嚙齒類動物睡眠時體內不連續時間段的腦電波活動模式與人類相似[2]。所以研究人員試圖從動物的睡眠入手，尋找動物與人類睡眠的共性，對人類睡眠做進一步的認識。研究表明12~13 d齡大鼠大腦皮質的成熟程度約對應足月新生兒[3]。在出生后的前兩個星期，大鼠腦皮層電圖(ECoG)出現覺醒、快速動眼睡眠(Rapid eye movement, REM)和非快速動眼睡眠(non-REM)的特征[4]，在第17天這3個睡眠階段都會向成年大鼠的腦電波狀態靠攏。在人類的嬰幼兒期最顯著的變化包括睡眠總量的逐漸減少和清醒期增加[5]，深睡眠期的慢波活動(Slow-wave active, SWA，1~4.5 Hz，non-REM)加劇、REM比例遞減，以此趨勢逐漸進化到5歲左右的水平，然后趨于穩定[6]。與人類相似，動物(大鼠、貓、豚鼠)的睡眠結構在生命的第1個月(即青春期前)表現出了戲劇性的變化，包括慢波睡眠量及波幅都逐漸增加、異態睡眠(Paradoxical sleep，PS)減少、REM減少和non-REM增加。而青春期發育過程中人類及動物睡眠結構的變化不太明顯，包括覺醒的增加和non-REM、REM睡眠的不顯著減少[7]。在所有哺乳動物的研究中，觀察到REM的量最初在早期發育過程中比成年高，表明REM可能產生內源性的活化物質，這活化物質對神經發育至關重要[8]。最近在大鼠幼崽進行的研究支持這一假說，在REM睡眠肌肉抽搐時會誘導特異性皮質活動[7, 9]。
Kayser等[10]研究睡眠對果蠅求偶電路和行為發展的影響，結果表明睡眠促進大腦正常發育，影響成年物種繁殖的臨界行為，同時在生命早期迅速增長的大腦區域最容易受到睡眠障礙的影響。也有相關研究表明，人類睡眠對于保持和修復大腦的成形、突觸的循環具有關鍵意義[11]，同時在記憶的鞏固和學習中扮演重要角色[12]，而REM和N3期的睡眠最有利于記憶鞏固和學習提高[13]。
2 睡眠與認知的臨床研究
大量研究表明，認知能力是嬰幼兒對外界做出反應的基礎，也是早期性格形成的關鍵。每個嬰幼兒都具有不一樣的特點，性格表現也多有不同，其中有的嬰幼兒會被形容為情緒化的、易怒的、易驚乍的、愛哭的。眾多學者曾對嬰幼兒睡眠與認知發育進行了研究，由于研究的方法、案例的數量、測量標準，以及評估時間的不同，得出的結果也有所差異，但無一能否定嬰幼兒睡眠與認知發育的關系。
De Marcas等[14]用隨身活動記錄儀跟蹤記錄95名嬰幼兒分別在3、6、12個月齡時在家的睡眠情況，3、6個月齡時評估在家的睡眠情況及在實驗室測得嬰幼兒對聲音、光、觸摸的反應閾值，通過反應閾值來預測12個月時的睡眠改變，結果提示弱敏感性和超敏感性嬰幼兒睡眠質量不佳，即反應能力的閾值過高或過低都與睡眠障礙相關，都會影響嬰幼兒認知能力的發育。Annie Bernier[15]對嬰幼兒和學齡前兒童的睡眠與認知能力之間的聯系進行研究，由65名嬰幼兒的母親完成1歲嬰幼兒的睡眠日記，之后孩子們完成了學前和小學4年級的韋氏智力量表，這些量表能評估孩子一般認知能力和復雜的執行功能。與假設相一致，在嬰幼兒期獲得的夜間睡眠時間越長的嬰幼兒長大后在兒童期能有更好的執行功能，但沒有表現出更好的一般認知能力。在家庭社會經濟地位和嬰幼兒前期認知功能大致相同的條件下，睡眠和認知發育的關系仍然有待考究。而且嬰幼兒期的睡眠對于其成年后的高級的指揮認知能力具有特殊重要性。
Mc Devitt等[16]研究在睡眠或覺醒中固定的一個時間段測試嬰幼兒對新事物的分辨識別能力。實驗設計將嬰幼兒分為4組，午睡+REM組，午睡+無REM組，清醒靜息組(Quiet wake，QW組)，清醒活躍組(Active wake，AW組)，前兩組為睡眠組，后兩組為非睡眠組。QW為黑屋里休息，頭戴EEG確保清醒，控制外界干擾因素，保持什么都不想的清醒狀態。AW屬日常生活狀態，不控制外界干擾。他們發現REM對嬰幼兒在相同條件下新事物的學習起到一個特殊作用。上述REM組中嬰幼兒同AW組的嬰幼兒與QW組的嬰幼兒比較，前兩者更能增強嬰幼兒在特定條件下分辨事物的學習能力(P = 0.007, P= 0.017)。REM睡眠增強后的嬰幼兒對新事物的學習有特別優秀的表現，甚至可稱為“學霸”(P = 0.037)。綜上所述，這些結果表明，REM睡眠利于對新事物自學能力的提高，AW利于對更高級別的特殊事物學習能力的提高。
Annie Bernier等[17]對嬰幼兒睡眠調節和執行功能之間的潛在關系進行研究。他們通過父母的睡眠日記，對60名12、18個月齡的嬰幼兒進行睡眠評估。在18和26個月齡對上述幼兒的執行功能進行評估。研究表明在12和18個月齡的嬰幼兒中夜間總睡眠時間較多的，會有更好的執行功能，尤其是對強烈沖動的控制能力。當然嬰幼兒的執行功能也受到家庭社會經濟地位、前期心理發展和語言能力之間的互相影響。他們得出結論：在學齡前兒童中，睡眠有利于前額葉皮層參與的更高級別的認知功能的發育。
Sue等[18]對9名3.5個月的無睡眠障礙的嬰幼兒進行縱向研究至6.5個月，同時納入5名3.5個月及5名6.5個月的無睡眠障礙的嬰幼兒進行橫向研究，上述嬰幼兒采用128導EEG監測表明睡眠腦電圖的改變，同時采用嬰幼兒行為問卷(Infant behavior questionnaire, IBQ-R)及貝利嬰幼兒發育量表(Bayley-3) 檢測嬰幼兒的認知能力，結果提示隨著月齡減小delta慢波頻率越慢，腦功能成熟度越低，然而睡眠紡錘波的頻率卻無變化。可能與樣本量小提示顳區delta慢波與認知的關系預測性不大，但作者高度懷疑與顳區腦功能發育程序化相關，涉及語言及認知能力的發育。
綜上所述，嬰幼兒的睡眠對認知發育有一定的影響，REM期的皮層電活動與認知發育尤為相關。此外，有研究表明嬰幼兒早期的睡眠障礙會導致發育過程中的行為異常，并且睡眠障礙具有延續性；例如，8個月大有睡眠障礙的嬰幼兒中在他們3歲時有41%的孩子仍存在睡眠障礙[15]。早期睡眠質量的篩查有助于預防認知發育不良和行為異常的發生。
3 睡眠與認知的生理病理研究
3.1 睡眠對認知發育相關的遞質的影響
盡管各學者對睡眠的生理功能仍爭論不休，但普遍認為睡眠有利于支持大腦功能和認知的神經元的重塑。大量的研究得出與此一致的結果，睡眠剝奪(Sleep deprivation，SD)會導致學習和記憶障礙。在SD的動物實驗中記憶過程需要海馬區參與時，學習和記憶障礙特別明顯，這表明海馬區神經元的功能障礙可能與睡眠缺失有特別聯系，提示SD會產生海馬突觸可塑性和海馬依賴性記憶儲存的缺陷。最近的證據表明，睡眠不足會通過多種機制破壞記憶的鞏固，包括cAMP反應元件結合蛋白(cAMP-response element-binding protein，CREB)下調和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號[19]。現有證據表明，SD可能通過抑制細胞內環磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)-蛋白激酶A(Protein kinase A，PKA)來損害海馬區神經元的重塑和記憶的過程。細胞內環磷酸腺苷(cAMP)-蛋白激酶A(PKA)是一種可能導致CREB改變而介導基因轉錄、神經營養信號、谷氨酸受體表達的酶。長久的限制性睡眠會導致海馬細胞和神經的增殖逐漸減少，這可能最終導致海馬體積減少。最終，長期受制約和受影響的睡眠會通過損害海馬區的重塑和功能而導致認知障礙和精神病[20]。Luo等[21]對此也做了小鼠研究，發現海馬依賴性記憶的鞏固需要cAMP、絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase，MAPK)，和CREB的轉錄通路來完成。在小鼠體內，維持記憶的持久性需要這個通路經歷晝夜生理更替，而在白天達到峰值。由于小鼠是在白天表現出多相睡眠模式，這表明cAMP、MAPK活性和CREB磷酸化的水平可能是在睡覺的時候升高。他們得出的結果：與清醒期相比，小鼠在REM期睡眠的cAMP、磷酸化-p44/42MAPK、磷酸化-CREB的濃度更加高，而在non-REM期睡眠則無明顯差異。缺乏鈣調素刺激腺苷酸環化酶基因的小鼠在REM期睡眠不會出現cAMP、磷酸化-p44/42MAPK、磷酸化-CREB濃度的高峰值，這樣的小鼠有學習能力但無法對依賴海馬區功能而形成的記憶進行鞏固。他們得出結論：在REM期睡眠，cAMP、MAPK活性和CREB磷酸化的增加可能有助于海馬區依賴性記憶的鞏固。雖然學者已對睡眠與認知發育的相關遞質作了大量研究，但睡眠和認知的分子機制仍有待研究。
3.2 睡眠對皮層發育與突觸重塑的影響
對人類和動物的研究發現睡眠可促進突觸的可塑性，可能為睡眠對視覺發育中眼優勢柱(Ocular dominance, OD)及其可塑性具有重要作用。在視覺皮層發育的關鍵階段，睡眠對活體單眼剝奪(Monocular deprivation, MD)的動物模型可激發其視覺皮質活躍以重塑OD，其機制未明但或許與睡眠時大腦的神經元活動有關。賓夕法尼亞大學醫學院神經科學系Jha等[22]在貓OD可塑性最強的關鍵時期，通過MD后靜脈滴注鈉通道阻滯劑利多卡因可逆地使視覺皮層V1區靜息從而推測睡眠在視覺皮層活動突觸重塑中所起的作用。實驗中貓被分為MD +睡覺+利多卡因(Lido, n= 6)，MD +睡覺+媒介物(VEH, n= 7) 和MD +睡覺+假輸液(SHAM, n= 6) 三組，其中組3的貓為對照組。貓雙側的視覺皮層(V1) 植入插管并調整腦電圖/肌電電極以便做出多導睡眠圖記錄。視覺皮層的影像學信號及微電極記錄均顯示，組1的貓在睡眠時其OD的重塑被大降低。研究表明支配睡眠-依賴性的突觸重塑需要大腦皮層的激活，該實驗有助于研究睡眠是如何修改突觸電路的。
綜上，睡眠的REM期是嬰幼兒認知發育的關鍵時期，對記憶鞏固和學習提高有一定的影響。而在睡眠的REM期海馬區相關的遞質增加及皮層突觸重塑也尤為活躍，有可能是與認知相關的神經發育的內在機制。上述研究提示，臨床上可以探討從睡眠方面入手對認知發育落后的孩子進行治療，特別是針對REM期睡眠進行治療，可能會取得意想不到的效果。
睡眠是人類生長發育的一個重要的生理過程，而嬰幼兒期的睡眠是人類睡眠結構逐漸完善的關鍵時期，不僅影響到中樞神經系統的發育，也會影響到嬰幼兒的運動、認知、智力的發育。目前，國內外對有關睡眠的研究非常關注，尤其是對嬰幼兒期睡眠的研究更是備受矚目。嬰幼兒睡眠模式和睡眠質量與早期的認知發育有直接關系，健康的睡眠模式和良好的睡眠質量有利于認知發育；反之，會阻礙認知發育，導致不同疾病的發生。我們從動物實驗、臨床觀察、生理病理基礎研究三個不同層面闡述睡眠與學習認知相關的大腦皮層發育、突觸重塑的密切關系，期望同行進一步關注發育期睡眠的微結構(Sleep microstructure)與認知能力的關系。
1 睡眠與認知的實驗研究
動物與人類早期的睡眠特征和發育轉變是相似的[1]。嚙齒類動物睡眠時體內不連續時間段的腦電波活動模式與人類相似[2]。所以研究人員試圖從動物的睡眠入手，尋找動物與人類睡眠的共性，對人類睡眠做進一步的認識。研究表明12~13 d齡大鼠大腦皮質的成熟程度約對應足月新生兒[3]。在出生后的前兩個星期，大鼠腦皮層電圖(ECoG)出現覺醒、快速動眼睡眠(Rapid eye movement, REM)和非快速動眼睡眠(non-REM)的特征[4]，在第17天這3個睡眠階段都會向成年大鼠的腦電波狀態靠攏。在人類的嬰幼兒期最顯著的變化包括睡眠總量的逐漸減少和清醒期增加[5]，深睡眠期的慢波活動(Slow-wave active, SWA，1~4.5 Hz，non-REM)加劇、REM比例遞減，以此趨勢逐漸進化到5歲左右的水平，然后趨于穩定[6]。與人類相似，動物(大鼠、貓、豚鼠)的睡眠結構在生命的第1個月(即青春期前)表現出了戲劇性的變化，包括慢波睡眠量及波幅都逐漸增加、異態睡眠(Paradoxical sleep，PS)減少、REM減少和non-REM增加。而青春期發育過程中人類及動物睡眠結構的變化不太明顯，包括覺醒的增加和non-REM、REM睡眠的不顯著減少[7]。在所有哺乳動物的研究中，觀察到REM的量最初在早期發育過程中比成年高，表明REM可能產生內源性的活化物質，這活化物質對神經發育至關重要[8]。最近在大鼠幼崽進行的研究支持這一假說，在REM睡眠肌肉抽搐時會誘導特異性皮質活動[7, 9]。
Kayser等[10]研究睡眠對果蠅求偶電路和行為發展的影響，結果表明睡眠促進大腦正常發育，影響成年物種繁殖的臨界行為，同時在生命早期迅速增長的大腦區域最容易受到睡眠障礙的影響。也有相關研究表明，人類睡眠對于保持和修復大腦的成形、突觸的循環具有關鍵意義[11]，同時在記憶的鞏固和學習中扮演重要角色[12]，而REM和N3期的睡眠最有利于記憶鞏固和學習提高[13]。
2 睡眠與認知的臨床研究
大量研究表明，認知能力是嬰幼兒對外界做出反應的基礎，也是早期性格形成的關鍵。每個嬰幼兒都具有不一樣的特點，性格表現也多有不同，其中有的嬰幼兒會被形容為情緒化的、易怒的、易驚乍的、愛哭的。眾多學者曾對嬰幼兒睡眠與認知發育進行了研究，由于研究的方法、案例的數量、測量標準，以及評估時間的不同，得出的結果也有所差異，但無一能否定嬰幼兒睡眠與認知發育的關系。
De Marcas等[14]用隨身活動記錄儀跟蹤記錄95名嬰幼兒分別在3、6、12個月齡時在家的睡眠情況，3、6個月齡時評估在家的睡眠情況及在實驗室測得嬰幼兒對聲音、光、觸摸的反應閾值，通過反應閾值來預測12個月時的睡眠改變，結果提示弱敏感性和超敏感性嬰幼兒睡眠質量不佳，即反應能力的閾值過高或過低都與睡眠障礙相關，都會影響嬰幼兒認知能力的發育。Annie Bernier[15]對嬰幼兒和學齡前兒童的睡眠與認知能力之間的聯系進行研究，由65名嬰幼兒的母親完成1歲嬰幼兒的睡眠日記，之后孩子們完成了學前和小學4年級的韋氏智力量表，這些量表能評估孩子一般認知能力和復雜的執行功能。與假設相一致，在嬰幼兒期獲得的夜間睡眠時間越長的嬰幼兒長大后在兒童期能有更好的執行功能，但沒有表現出更好的一般認知能力。在家庭社會經濟地位和嬰幼兒前期認知功能大致相同的條件下，睡眠和認知發育的關系仍然有待考究。而且嬰幼兒期的睡眠對于其成年后的高級的指揮認知能力具有特殊重要性。
Mc Devitt等[16]研究在睡眠或覺醒中固定的一個時間段測試嬰幼兒對新事物的分辨識別能力。實驗設計將嬰幼兒分為4組，午睡+REM組，午睡+無REM組，清醒靜息組(Quiet wake，QW組)，清醒活躍組(Active wake，AW組)，前兩組為睡眠組，后兩組為非睡眠組。QW為黑屋里休息，頭戴EEG確保清醒，控制外界干擾因素，保持什么都不想的清醒狀態。AW屬日常生活狀態，不控制外界干擾。他們發現REM對嬰幼兒在相同條件下新事物的學習起到一個特殊作用。上述REM組中嬰幼兒同AW組的嬰幼兒與QW組的嬰幼兒比較，前兩者更能增強嬰幼兒在特定條件下分辨事物的學習能力(P = 0.007, P= 0.017)。REM睡眠增強后的嬰幼兒對新事物的學習有特別優秀的表現，甚至可稱為“學霸”(P = 0.037)。綜上所述，這些結果表明，REM睡眠利于對新事物自學能力的提高，AW利于對更高級別的特殊事物學習能力的提高。
Annie Bernier等[17]對嬰幼兒睡眠調節和執行功能之間的潛在關系進行研究。他們通過父母的睡眠日記，對60名12、18個月齡的嬰幼兒進行睡眠評估。在18和26個月齡對上述幼兒的執行功能進行評估。研究表明在12和18個月齡的嬰幼兒中夜間總睡眠時間較多的，會有更好的執行功能，尤其是對強烈沖動的控制能力。當然嬰幼兒的執行功能也受到家庭社會經濟地位、前期心理發展和語言能力之間的互相影響。他們得出結論：在學齡前兒童中，睡眠有利于前額葉皮層參與的更高級別的認知功能的發育。
Sue等[18]對9名3.5個月的無睡眠障礙的嬰幼兒進行縱向研究至6.5個月，同時納入5名3.5個月及5名6.5個月的無睡眠障礙的嬰幼兒進行橫向研究，上述嬰幼兒采用128導EEG監測表明睡眠腦電圖的改變，同時采用嬰幼兒行為問卷(Infant behavior questionnaire, IBQ-R)及貝利嬰幼兒發育量表(Bayley-3) 檢測嬰幼兒的認知能力，結果提示隨著月齡減小delta慢波頻率越慢，腦功能成熟度越低，然而睡眠紡錘波的頻率卻無變化。可能與樣本量小提示顳區delta慢波與認知的關系預測性不大，但作者高度懷疑與顳區腦功能發育程序化相關，涉及語言及認知能力的發育。
綜上所述，嬰幼兒的睡眠對認知發育有一定的影響，REM期的皮層電活動與認知發育尤為相關。此外，有研究表明嬰幼兒早期的睡眠障礙會導致發育過程中的行為異常，并且睡眠障礙具有延續性；例如，8個月大有睡眠障礙的嬰幼兒中在他們3歲時有41%的孩子仍存在睡眠障礙[15]。早期睡眠質量的篩查有助于預防認知發育不良和行為異常的發生。
3 睡眠與認知的生理病理研究
3.1 睡眠對認知發育相關的遞質的影響
盡管各學者對睡眠的生理功能仍爭論不休，但普遍認為睡眠有利于支持大腦功能和認知的神經元的重塑。大量的研究得出與此一致的結果，睡眠剝奪(Sleep deprivation，SD)會導致學習和記憶障礙。在SD的動物實驗中記憶過程需要海馬區參與時，學習和記憶障礙特別明顯，這表明海馬區神經元的功能障礙可能與睡眠缺失有特別聯系，提示SD會產生海馬突觸可塑性和海馬依賴性記憶儲存的缺陷。最近的證據表明，睡眠不足會通過多種機制破壞記憶的鞏固，包括cAMP反應元件結合蛋白(cAMP-response element-binding protein，CREB)下調和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號[19]。現有證據表明，SD可能通過抑制細胞內環磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)-蛋白激酶A(Protein kinase A，PKA)來損害海馬區神經元的重塑和記憶的過程。細胞內環磷酸腺苷(cAMP)-蛋白激酶A(PKA)是一種可能導致CREB改變而介導基因轉錄、神經營養信號、谷氨酸受體表達的酶。長久的限制性睡眠會導致海馬細胞和神經的增殖逐漸減少，這可能最終導致海馬體積減少。最終，長期受制約和受影響的睡眠會通過損害海馬區的重塑和功能而導致認知障礙和精神病[20]。Luo等[21]對此也做了小鼠研究，發現海馬依賴性記憶的鞏固需要cAMP、絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase，MAPK)，和CREB的轉錄通路來完成。在小鼠體內，維持記憶的持久性需要這個通路經歷晝夜生理更替，而在白天達到峰值。由于小鼠是在白天表現出多相睡眠模式，這表明cAMP、MAPK活性和CREB磷酸化的水平可能是在睡覺的時候升高。他們得出的結果：與清醒期相比，小鼠在REM期睡眠的cAMP、磷酸化-p44/42MAPK、磷酸化-CREB的濃度更加高，而在non-REM期睡眠則無明顯差異。缺乏鈣調素刺激腺苷酸環化酶基因的小鼠在REM期睡眠不會出現cAMP、磷酸化-p44/42MAPK、磷酸化-CREB濃度的高峰值，這樣的小鼠有學習能力但無法對依賴海馬區功能而形成的記憶進行鞏固。他們得出結論：在REM期睡眠，cAMP、MAPK活性和CREB磷酸化的增加可能有助于海馬區依賴性記憶的鞏固。雖然學者已對睡眠與認知發育的相關遞質作了大量研究，但睡眠和認知的分子機制仍有待研究。
3.2 睡眠對皮層發育與突觸重塑的影響
對人類和動物的研究發現睡眠可促進突觸的可塑性，可能為睡眠對視覺發育中眼優勢柱(Ocular dominance, OD)及其可塑性具有重要作用。在視覺皮層發育的關鍵階段，睡眠對活體單眼剝奪(Monocular deprivation, MD)的動物模型可激發其視覺皮質活躍以重塑OD，其機制未明但或許與睡眠時大腦的神經元活動有關。賓夕法尼亞大學醫學院神經科學系Jha等[22]在貓OD可塑性最強的關鍵時期，通過MD后靜脈滴注鈉通道阻滯劑利多卡因可逆地使視覺皮層V1區靜息從而推測睡眠在視覺皮層活動突觸重塑中所起的作用。實驗中貓被分為MD +睡覺+利多卡因(Lido, n= 6)，MD +睡覺+媒介物(VEH, n= 7) 和MD +睡覺+假輸液(SHAM, n= 6) 三組，其中組3的貓為對照組。貓雙側的視覺皮層(V1) 植入插管并調整腦電圖/肌電電極以便做出多導睡眠圖記錄。視覺皮層的影像學信號及微電極記錄均顯示，組1的貓在睡眠時其OD的重塑被大降低。研究表明支配睡眠-依賴性的突觸重塑需要大腦皮層的激活，該實驗有助于研究睡眠是如何修改突觸電路的。
綜上，睡眠的REM期是嬰幼兒認知發育的關鍵時期，對記憶鞏固和學習提高有一定的影響。而在睡眠的REM期海馬區相關的遞質增加及皮層突觸重塑也尤為活躍，有可能是與認知相關的神經發育的內在機制。上述研究提示，臨床上可以探討從睡眠方面入手對認知發育落后的孩子進行治療，特別是針對REM期睡眠進行治療，可能會取得意想不到的效果。