科学家发现睡觉的重要作用 确认熬夜损伤大脑
睡眠是生存必不可少的行为,并且睡眠时长和质量不佳都会影响第二天的精神状态,最直观的反应便是打盹,思维缓慢和反应力下降。除了能感受到的这些“副作用”,大脑对缺觉也会非常敏感。
或许我们会以为睡觉的时候身体是完全静息的,但实际上大脑中仍然开展着复杂的活动,这些活动主要帮助它从白天的繁杂工作中恢复过来,比如类淋巴系统会将干净的脑脊液冲进大脑,然后将白天累积的废物带走,减少毒性物质对神经细胞的损伤。
而在近日《自然》杂志的一项研究中,来自伦敦大学学院的科学家发现,睡觉还有一个重要作用,那就是帮助大脑“重置”。在我们清醒的时候,大脑需要控制和协调各种输入信号,并且给出行动指令,这就意味着许多神经元之间会产生复杂的连接来实现信息传递。
这些连接并非没有代价,它们往往会消耗大量的能量。根据突触稳态假说,清醒期间的突触增加是不可能无限发生的,如果一直保持这种状态不仅不利于学习新的事物,从能量供给上也不可持续。而睡眠就是减少和断开突触的关键阶段,这种变化对于大脑中绝大多数的兴奋性突触都是存在的。
为了更清楚地观察睡眠时的神经元活动,作者选取了透明的斑马鱼作为模型。他们通过基因工程选择性地标记了斑马鱼的突触,使其更容易成像,并在24小时周期中观察突触活动变化。
研究通过开、关灯来调控斑马鱼的昼夜节律,由于斑马鱼是昼行动物,充满灯光时斑马鱼更加活跃。成像结果显示,白天的时候突触的数量会逐渐上升,而到了夜间突触数量又会减少,回落到更低的水平。
根据作者对斑马鱼的神经元分型,研究定义的2型神经元突触平均在白天增加15.3个,夜间减少17.7个,4型神经元的突触平均白天增加8.5个,夜间减少8.2个。这种变化会让突触达到一个稳定、平衡的状态。
除此之外,研究还发现了两个关键特征,首先是这种突触平衡过程是否发生取决于睡眠压力有多大,通俗来说就是有多久没睡觉了。个体对睡眠的需求越强烈,睡眠时就会显著发生突触清除事件。反之如果睡眠需求不高,即使通过药物诱导睡眠状态,斑马鱼的突触数量非但不减少,还会缓慢增加。
研究人员采取了一种温和的手动睡眠剥夺方案,使斑马鱼幼体在夜间开始时保持4小时清醒状态,然后再进入睡眠状态。在睡眠剥夺前后,研究人员观察了斑马鱼幼体单个神经元的突触变化,观察时间点为睡眠剥夺前、睡眠剥夺后以及第二天早上。结果发现,在睡眠剥夺后的恢复期,神经元的突触丢失率提高到平均每小时2.2个突触。
“假如可以在人类中确认这种模式,那就说明午休短暂的休息对突触平衡没有太大作用,一定要在晚上睡眠需求高的时候睡一觉才行。”研究的通讯作者Jason Rihe教授表示。而另一个有趣的发现是,作者只在斑马鱼的夜间睡眠阶段的前半段观察到了突触清除现象,而在后半段则没有变化。
作者指出,这种突触清除有助于第二天产生新的突触连接,为学习新事物做好准备。而还有一些其他作用,比如细胞损伤修复或许会在后半段睡眠中完成,这需要未来更多研究解开其中的谜团。
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