这些神经元不只是皮层上的局部开关
基底前脑位于大脑底部附近，向上发出广泛投射到皮层。关于它在睡眠和觉醒中作用的经典图景，大多集中在胆碱能神经元及其对皮层活动的影响上，但基底前脑也含有谷氨酸能神经元，这是大脑主要的兴奋性细胞类型[1][5]。在自然睡眠和觉醒状态下的记录研究，已开始刻画这些谷氨酸能细胞在整个睡眠-觉醒周期中的放电方式，并与GABA能神经元和胆碱能神经元一起比较[2]。
对普通读者来说，关键点是“影响皮层”和“影响睡眠”并不是一回事。一个神经元可以在局部改变皮层活动，同时又向协调觉醒、运动和情绪的深部结构发出分支。谷氨酸能基底前脑似乎正是如此：它不只是调节皮层兴奋性的音量旋钮，而是分布式觉醒网络的一部分[4][5]。
一条通往中脑的觉醒与防御环路
这些研究描述得最清楚的长程路线，是从谷氨酸能基底前脑神经元通向中脑的腹侧被盖区（VTA）。在小鼠中，这些神经元会被威胁性线索激活，例如捕食者气味、逼近的威胁、声音和尾部悬吊；用光遗传学方法激活它们，会产生情境依赖的防御行为，如逃跑、逃窜、回避和躲藏[4]。
对睡眠而言关键的是，光激活这条基底前脑到VTA通路的末梢，会立即引起从睡眠到觉醒的转换，并显著增加觉醒时间，这是通过脑电图和肌电图记录测得的[4]。这是一种环路层面的效应：促觉醒信号被送到远处目标，而不只是留在皮层。作者认为这条通路把觉醒与防御行为联系起来，并提出这条通路过度活跃可能与以防御反应过度为特征的精神疾病有关，不过这一临床联系只是提出，尚未得到证实[4]。
觉醒的类型会改变恢复性睡眠
如果这些神经元只是让大脑保持清醒，你可能会以为事后的表现和任何一次缺觉差不多。但事实并非如此。在小鼠中，光刺激基底前脑谷氨酸能神经元驱动四小时觉醒，可使小鼠约93%的时间保持清醒，与轻柔抚摸式睡眠剥夺下约95%的水平相当。但恢复性睡眠不同：轻柔抚摸式剥夺增加了非快速眼动睡眠的δ波功率（深恢复性睡眠典型的慢波），而刺激组只在2.5–3.5赫兹范围内出现较窄的选择性增加，其恢复性非快速眼动睡眠时间没有改变[3]。
对c-Fos（近期神经元激活的标志物）进行全脑定位，还显示两组在缰核和下丘脑等区域的激活模式不同[3]。作者将此解读为：当觉醒是通过这些神经元被强制产生、而不是通过普通干扰产生时，会出现不同的觉醒反应和稳态反应，可能涉及厌恶相关脑环路[3]。通俗地说，大脑似乎会记录自己是*如何*被保持清醒的，而谷氨酸能基底前脑就是把这种“如何”写入睡眠恢复反应的一条途径。
从前额叶到基底前脑的投射呢？
前额叶皮层*向*基底前脑的投射如何影响睡眠，这些研究没有回答。这里的投射工作追踪的是基底前脑向上到皮层、向下到中脑的输出[1][4]，而生理学和光遗传学研究关注的是基底前脑自身的谷氨酸能细胞及其目标[2][3]。现有证据都没有直接检验从前额叶到基底前脑的信号传递。
证据确实支持一个更广泛的原则：包括基底前脑在内的许多脑区的谷氨酸能信号传递，参与睡眠-觉醒调控以及麻醉相关的意识变化，而光遗传学、化学遗传学和神经示踪等较新的工具，才使这些环路层面的发现成为可能[5]。因此，前额叶输入是一个明显的下一步问题，而不是已有定论的问题。就目前而言，站得住脚的答案是：基底前脑谷氨酸能神经元通过长程促觉醒环路（尤其是通向中脑的环路）调控睡眠，也通过其质量会影响恢复性睡眠的觉醒过程来调控睡眠；至于前额叶的贡献，仍有待确定。
本文引用的文献
胆碱能、GABA能和谷氨酸能基底前脑神经元的上升与下降投射及其在皮层活动和睡眠-觉醒中的作用……
综述胆碱能、GABA能和谷氨酸能基底前脑神经元的上升与下降投射及其对皮层活动和睡眠-觉醒周期的影响，未直接涉及从前额叶到基底前脑的投射。
已鉴定的GABA能基底前脑神经元与胆碱能及推测的谷氨酸能神经元在睡眠-觉醒周期中的放电特征比较
刻画已鉴定的GABA能、胆碱能及推测的谷氨酸能基底前脑神经元在自然睡眠和觉醒状态下的放电特征。
0288 光刺激基底前脑vGluT2+神经元所致觉醒引发与轻柔抚摸睡眠剥夺不同的大脑活动和恢复性睡眠模式
光刺激基底前脑vGluT2神经元可使小鼠保持清醒，但产生的恢复性睡眠模式和脑内c-Fos激活模式与轻柔抚摸式睡眠剥夺不同。
一条谷氨酸能基底前脑到中脑的环路介导觉醒和防御行为
激活谷氨酸能基底前脑神经元（包括其在腹侧被盖区的末梢）可驱动防御行为，并引起从睡眠到觉醒的即时转换和觉醒时间增加。
谷氨酸能神经系统在睡眠-觉醒状态和全身麻醉中的调控作用
综述脑干、基底前脑、丘脑、下丘脑和皮层中的谷氨酸能神经元在调控睡眠-觉醒状态和全身麻醉中的作用。