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為它能讓神經(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,因為它需要消耗能量、占有空間及其他的腦部資源。這兩項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大型、光亮的“飛行商城”中獲得更豐富的醒態(tài)經(jīng)驗,因為果蠅可在其中進(jìn)行探索并互動,研究人員發(fā)現(xiàn)這種經(jīng)驗會導(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,這種試驗會讓它們在其他果蠅在場的時候壓制其交配儀式。通常,這種效應(yīng)是暫時的。然而研究人員發(fā)現(xiàn)在交配限制后入睡4小時的果蠅對這一效應(yīng)持續(xù)了至少2天的長時性記憶(LTM),而缺乏睡眠的果蠅則無法形成長時性記憶。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)活動機(jī)制,并且提出長時間保持清醒的大鼠,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間保持清醒的大鼠,在多個位點(diǎn)追蹤大鼠大腦皮質(zhì)的電活動,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)為這種暫時的關(guān)閉是為了保持平衡,部分彌補(bǔ)睡眠調(diào)控。
這項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)鍵時間來說具有重要的意義。
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