Science两项研究解析睡眠的奥秘

尽管大多数动物都会睡觉，但睡眠是少数几种其目的仍然是谜的行为之一。“突触稳态假说”提出，睡眠之所以重要是因为它能让神经元放松其在白天形成的连接。在白天，清醒的脑子会学习，并对千变万化的环境进行适应。这种学习过程会加强神经元与神经元之间的联系（称为突触），但是这种加强不能一直进行下去，因为它需要消耗能量、占有空间及其他的脑部资源。这两项在果蝇中开展的研究结果充分支持了这一假说。



来自威斯康星大学麦迪逊分校的Daniel  Bushey及其同事对3组脑神经元进行了观察并发现在所有情况下，在果蝇清醒几小时之后，其突触的尺寸或数目会增加；但如果允许果蝇睡眠的话，其尺寸或数目就会将少。研究人员使果蝇在一个大型、光亮的“飞行商城”中获得更丰富的醒态经验，因为果蝇可在其中进行探索并互动，研究人员发现这种经验会导致更多的突触生长并需要更多的睡眠。此外，文章的作者还证实，Fmr1基因（是认知能力发育所必需的基因，Fmr1基因突变会引起脆性X染色体综合症）在突触放松即睡眠过程中扮演者一种重要的角色。



在另外一项研究中，来自圣路易斯华盛顿大学的Jeffrey  M.  Donlea及同事证实只要通过激活果蝇脑部的一个叫做背侧扇形体的部分及增加周围温度，他们就能够让果蝇睡眠。研究人员还让雄性果蝇经历了一种试验，这种试验会让它们在其他果蝇在场的时候压制其交配仪式。通常，这种效应是暂时的。然而研究人员发现在交配限制后入睡4小时的果蝇对这一效应持续了至少2天的长时性记忆（LTM），而缺乏睡眠的果蝇则无法形成长时性记忆。文章的作者表示他们的结果支持了睡眠是让突触在清醒后重新正常化的必需条件的假说。



此外，近期来自美国威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员发现了大鼠睡眠与清醒状态之间过渡的神经活动机制，并且提出长时间保持清醒的大鼠，皮层神经元会出现短暂关闭的现象，而且这种关闭是随机性的。这一研究成果公布在Nature杂志上。



在这篇文章中，研究人员分析了长时间保持清醒的大鼠，在多个位点追踪大鼠大脑皮质的电活动，通过大脑波长检测，他们发现这些行为上还处于清醒状态的大鼠的皮质神经元会出现“掉线”的现象，就像在睡眠状态中一样，但这种变化是局部地、零散地发生的。Tononi教授解释道，“清醒大鼠的这些疲劳神经可能就是造成，缺乏足够睡眠而引起的注意力下降，判断力减低，以及烦躁易怒的原因”，“让我们惊讶的是，在这些睡眠被剥夺的大鼠大脑中，一些神经元亚群会出现‘掉线’的情况，但这种情况是局部性质的。”



研究人员为了能保持大鼠的清醒状态，不断的往大鼠笼子里放入新鲜的“玩具”——彩球，盒子，方块，以及一些散发其它大鼠气味的东西，研究人员发现这些大鼠越想睡觉，越多皮层神经元就会关闭，而且这种关闭好像是随机性的出现在不同的位置。Tononi教授认为这种暂时的关闭是为了保持平衡，部分弥补睡眠调控。



这项研究表明青春期没有充足的睡眠会产生不利的情绪和心理，从而影响大脑的发育。而且这项研究也说明大脑发育过程中睡眠模式的改变，可以作为神经连接健康性的指标，尤其对于儿童期-青少年期这段关键时间来说具有重要的意义。