目的探究慢性失眠患者血清γ-氨基丁酸（GABA）、5-羟色胺（5-HT）水平与睡眠质量和认知功能的关系。方法选取2023年1月至2024年6月在该院就诊的慢性失眠患者116例为失眠组，根据匹兹堡睡眠质量指数（PSQI）评分分为轻度组、中度组、重度组，根据蒙特利尔认知评估量表（MoCA）评分分为认知功能损害组和正常组。另选取同期在该院体检的睡眠健康者58例为对照组。检测所有研究对象GABA、5-HT水平；收集慢性失眠患者1周的睡眠参数；采用Pearson相关分析失眠组GABA、5-HT水平与PSQI评分、MoCA评分、睡眠质量的相关性；采用受试者工作特征（ROC）曲线分析GABA、5-HT单独及联合检测对慢性失眠患者认知功能损害的预测价值。结果失眠组GABA、5-HT水平均低于对照组，差异均有统计学意义（P<0.05）。轻度组纳入41例，中度组纳入43例，重度组纳入32例。中度组、重度组PSQI评分高于轻度组，睡眠潜伏期长于轻度组，夜间觉醒次数多于轻度组，MoCA评分、GABA水平、5-HT水平、睡眠效率均低于轻度组，实际睡眠时间短于轻度组，差异均有统计学意义（P<0.05）；重度组PSQI评分高于中度组，睡眠潜伏期长于中度组，夜间觉醒次数多于中度组，MoCA评分、GABA水平、5-HT水平、睡眠效率均低于中度组，实际睡眠时间短于中度组，差异均有统计学意义（P<0.05）。GABA水平、5-HT水平与PSQI评分、睡眠潜伏期、夜间觉醒次数均呈负相关（P<0.05），与MoCA评分、实际睡眠时间、睡眠效率均呈正相关（P<0.05）。正常组纳入61例，损害组纳入55例。损害组GABA水平、5-HT水平均低于正常组，差异均有统计学意义（P<0.05）。GABA、5-HT单独检测时预测慢性失眠患者认知功能损害的AUC分别为0.792、0.794，均小于二者联合预测慢性失眠患者认知功能损害的AUC（Z=2.388、2.295，P<0.05）。结论慢性失眠患者血清GABA、5-HT水平较低，GABA、5-HT水平变化与患者睡眠质量和认知功能损害有关，血清GABA、5-HT联合检测可在一定程度上预测患者的认知功能损害。