解析睡眠的奧秘

日期：2011-06-27 08:21:20

在最新一期的《科學(xué)》(Science)雜志中分別來自圣路易斯華盛頓大學(xué)和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的兩個(gè)研究小組在新研究中解析了睡眠對于果蠅神經(jīng)系統(tǒng)的影響，研究結(jié)果表明為了形成記憶，果蠅需要充足睡眠。

盡管大多數(shù)動(dòng)物都會睡覺，但睡眠是少數(shù)幾種其目的仍然是謎的行為之一。“突觸穩(wěn)態(tài)假說”提出，睡眠之所以重要是因?yàn)樗茏屔窠?jīng)元放松其在白天形成的連接。在白天，清醒的腦子會學(xué)習(xí)，并對千變?nèi)f化的環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)。這種學(xué)習(xí)過程會加強(qiáng)神經(jīng)元與神經(jīng)元之間的聯(lián)系（稱為突觸），但是這種加強(qiáng)不能一直進(jìn)行下去，因?yàn)樗枰哪芰俊⒄加锌臻g及其他的腦部資源。這兩項(xiàng)在果蠅中開展的研究結(jié)果充分支持了這一假說。

來自威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的Daniel Bushey及其同事對3組腦神經(jīng)元進(jìn)行了觀察并發(fā)現(xiàn)在所有情況下，在果蠅清醒幾小時(shí)之后，其突觸的尺寸或數(shù)目會增加；但如果允許果蠅睡眠的話，其尺寸或數(shù)目就會將少。研究人員使果蠅在一個(gè)大型、光亮的“飛行商城”中獲得更豐富的醒態(tài)經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)楣壙稍谄渲羞M(jìn)行探索并互動(dòng)，研究人員發(fā)現(xiàn)這種經(jīng)驗(yàn)會導(dǎo)致更多的突觸生長并需要更多的睡眠。此外，文章的作者還證實(shí)，F(xiàn)mr1基因（是認(rèn)知能力發(fā)育所必需的基因，F(xiàn)mr1基因突變會引起脆性X染色體綜合癥）在突觸放松即睡眠過程中扮演者一種重要的角色。

在另外一項(xiàng)研究中，來自圣路易斯華盛頓大學(xué)的Jeffrey M. Donlea及同事證實(shí)只要通過激活果蠅腦部的一個(gè)叫做背側(cè)扇形體的部分及增加周圍溫度，他們就能夠讓果蠅睡眠。研究人員還讓雄性果蠅經(jīng)歷了一種試驗(yàn)，這種試驗(yàn)會讓它們在其他果蠅在場的時(shí)候壓制其交配儀式。通常，這種效應(yīng)是暫時(shí)的。然而研究人員發(fā)現(xiàn)在交配限制后入睡4小時(shí)的果蠅對這一效應(yīng)持續(xù)了至少2天的長時(shí)性記憶（LTM），而缺乏睡眠的果蠅則無法形成長時(shí)性記憶。文章的作者表示他們的結(jié)果支持了睡眠是讓突觸在清醒后重新正常化的必需條件的假說。

此外，近期來自美國威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校的研究人員發(fā)現(xiàn)了大鼠睡眠與清醒狀態(tài)之間過渡的神經(jīng)活動(dòng)機(jī)制，并且提出長時(shí)間保持清醒的大鼠，皮層神經(jīng)元會出現(xiàn)短暫關(guān)閉的現(xiàn)象，而且這種關(guān)閉是隨機(jī)性的。這一研究成果公布在Nature雜志上。

在這篇文章中，研究人員分析了長時(shí)間保持清醒的大鼠，在多個(gè)位點(diǎn)追蹤大鼠大腦皮質(zhì)的電活動(dòng)，通過大腦波長檢測，他們發(fā)現(xiàn)這些行為上還處于清醒狀態(tài)的大鼠的皮質(zhì)神經(jīng)元會出現(xiàn)“掉線”的現(xiàn)象，就像在睡眠狀態(tài)中一樣，但這種變化是局部地、零散地發(fā)生的。Tononi教授解釋道，“清醒大鼠的這些疲勞神經(jīng)可能就是造成，缺乏足夠睡眠而引起的注意力下降，判斷力減低，以及煩躁易怒的原因”，“讓我們驚訝的是，在這些睡眠被剝奪的大鼠大腦中，一些神經(jīng)元亞群會出現(xiàn)‘掉線’的情況，但這種情況是局部性質(zhì)的。”

研究人員為了能保持大鼠的清醒狀態(tài)，不斷的往大鼠籠子里放入新鮮的“玩具”——彩球，盒子，方塊，以及一些散發(fā)其它大鼠氣味的東西，研究人員發(fā)現(xiàn)這些大鼠越想睡覺，越多皮層神經(jīng)元就會關(guān)閉，而且這種關(guān)閉好像是隨機(jī)性的出現(xiàn)在不同的位置。Tononi教授認(rèn)為這種暫時(shí)的關(guān)閉是為了保持平衡，部分彌補(bǔ)睡眠調(diào)控。

這項(xiàng)研究表明青春期沒有充足的睡眠會產(chǎn)生不利的情緒和心理，從而影響大腦的發(fā)育。而且這項(xiàng)研究也說明大腦發(fā)育過程中睡眠模式的改變，可以作為神經(jīng)連接健康性的指標(biāo)，尤其對于兒童期-青少年期這段關(guān)鍵時(shí)間來說具有重要的意義。