睡眠|《科学大家》专栏|世界睡眠日:请珍惜每一夜的睡眠( 二 )


伦敦大学学院(UCL)对斑马鱼的一项最新研究揭示了其中的原理,为阐明大脑中睡眠的调控机制提供了新的见解——无论我们醒着的时间有多长,白天高强度的大脑活动似乎都会增加我们对睡眠的需求 。
研究人员发现了一种基因,它能对大脑活动作出反应,以协调生物对睡眠的需要 。
有两个系统能够调节睡眠,分别是昼夜系统和稳态系统 。我们对昼夜系统理解得十分透彻——机体内置的24小时制时钟能给我们的生物节律计时,包括睡眠周期,所以我们知道这种节律是在哪个部分的大脑产生的 。然而,我们并未充分理解稳态系统,该系统导致我们在经历了漫长一天或不眠之夜后感到越来越疲惫 。我们发现,睡眠似乎不仅仅是由人们醒着的时间长短来驱动的,而是由上次睡觉后的大脑活动强度来决定的 。”
为了探究大脑中的哪些过程可独立于一天中的时间驱动稳态睡眠调节,研究团队使用斑马鱼幼虫进行了实验 。斑马鱼常用于生物医学研究,部分原因是它们的身体近乎透明,便于成像,此外还与人类有许多相似之处,例如每天晚上睡觉的习惯 。研究人员利用了包括咖啡因在内的各种刺激物,以增强斑马鱼的大脑活动 。
经过药物诱导后大脑活动增强的斑马鱼在药效消失后睡得更久,这证实了大脑活动的增加可导致对睡眠的更大需求 。此外,斑马鱼大脑中的一个特定区域是影响睡眠压力的核心:这个脑区与人类大脑中发现的下丘脑区域相当,在睡眠期间十分活跃 。在这一斑马鱼脑区中,一种名为甘丙肽(galanin)的特殊大脑信号分子在恢复性睡眠期间尤其活跃,但在正常的夜间睡眠中所发挥的作用并没有那么大 。
为了证实药物诱导的发现与实际的睡眠剥夺有关,研究人员进行了一项测试,让斑马鱼幼虫在“跑步机”上保持整夜清醒,即通过模仿快速流动的水波使斑马鱼保持清醒,使斑马鱼认为它们需要不停地游动 。结果发现,被迫保持清醒的斑马鱼在第二天的睡眠时间更长,并且在恢复性睡眠中,它们的大脑显示出甘丙肽活性的增强 。
该结果表明,甘丙肽神经元可能会实时追踪整体大脑活动,但需要进一步的研究来说明这些神经元如何探测全脑的情况 。
研究发现也可能揭示了一些动物在某些情况下(如饥饿状态或交配季节)避免睡眠的方式——或许它们的大脑能够最大程度地减少大脑活动,从而限制对睡眠的需求 。
过度的大脑活动会增加机体对睡眠的需求,这可能解释了为什么人们在癫痫发作后经常感到疲惫不堪 。此外,他们还发现了一个在稳态睡眠调节中起核心作用的基因,这可能有助于人们更了解睡眠障碍和损害睡眠的病症,例如阿尔茨海默症 。
这项研究可能同时发现了一个极佳的药物靶点,有助于开发靶向甘丙肽的疗法,从而治疗睡眠障碍 。
只睡六个小时却不觉得困,这是基因决定的!
睡眠|《科学大家》专栏|世界睡眠日:请珍惜每一夜的睡眠
文章图片

有些人每天只需要睡六个小时就能回复精神,接下来一整天都保持精力充沛;但有些人即使每天睡够了八小时,醒来之后仍然觉得像是睡了个“假觉” 。后者时常会羡慕前者的“天赋异禀”——如果需要的睡眠时间更短,就有更多的时间做自己想做的事情了 。最新研究表明,生物对睡眠时长的需要在很大程度上很可能真的是先天决定的 。
一般人生命中三分之一的时间都用在了睡觉上,这样看来我们对睡眠的了解实在是太欠缺了 。而这项研究的惊艳之处和开创性在于,它让我们得以一窥大脑中决定着睡眠和清醒的诸多复杂回路和各种类型的神经元 。

推荐阅读