《自然》子刊:睡眠作用的新理论

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2008年01月22日 来源:生物通

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  研究人员通过实验验证关于睡眠作用的新理论:学习仅仅是在我们醒着的时候进行,睡眠的作用主要是维持我们大脑的最基本功能,让突触保持精简和高效。

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生物通报道:经验告诉我们,在清醒状态下忙十几个小时之后,我们的大脑几乎不能吸收任何东西了;但睡了一觉之后,我们又精神抖擞了。

 

威斯康辛大学医学和公共卫生学院的一项研究深入研究了这一现象。该研究发表在2008120日《Nature Neuroscience》(在线版)上。睡眠对大脑应对环境的能力非常重要。这种被称为可塑性的能力,是学习能力的关键。研究人员用几种方法证实,在小鼠清醒的时候,神经细胞的突触比其在睡眠的时候强。

 

该项新发现证实了他们关于睡眠的作用的假说:当人们睡眠的时候,突触将变小,以便为新的一天做准备,为新的一轮学习和突触增强做准备。这一假设目前还有高度的争议性。

 

精神病学副教授、该项研究的作者Chiara Cirelli说,人的大脑耗费将近80%的能量供给突触的生理活动。在各种刺激下,突触不断增加,神经连接不断增强。大脑中数以百万的神经元,每一个都包含数千个突触,其需要消耗的能量可想而知。Cirelli说,这种方式消耗的能量是巨大的,是无法持久的。这意味着我们要有一个休息期,让我们不必再对环境的刺激作出反应,让突触的活动有机会停下来。Cirelli认为,这就是为什么所有的活体都需要休息。如果缺乏睡眠,大脑就会到达一个饱和点,此时它消耗的能量已经超出负荷,存储的能量无法再供给突触的活动,就没有能力进一步学习了。

 

为了验证这个理论,研究人员对小鼠进行了分子生物学和电生理的研究,以确定睡眠和情形期间,突触的增强或弱化作用。在其中的一组实验,他们测量小鼠大脑切片中特定受体或结合位点的数量,而这些受体或结合位点是位于突触上的。

 

Cirelli表示,近来的研究已证实,突触的活性越高,进入突触的谷氨酸受体越多,突触的体积也就越大,变得越强。

 

这个研究小组惊奇地发现,与睡眠的时候相比,小鼠在清醒的时候受体的数量差不多增多了50%

 

在第二个分子生物学实验,这些科学家研究了有多少受体发生了磷酸化--这也是突触增强的一个指标。他们发现,清醒时磷酸化的水平远高于睡眠时。测量其他突触增强时活跃的酶,结果也都一致。

 

为了增加说服力,Cirelli及同事也在活的小鼠中测量由不同时期突触变化引起的电信号。这个方法是在小鼠醒来或入睡后,用电极刺激小鼠大脑的一边,然后在另一边测量其“诱发反应”。整个过程类似于作脑电图。

 

该研究再次证明,在相同的刺激下,长期清醒后的电反应,比睡眠时要强。表明在清醒时突触确实变得更强。

 

Cirelli说,综合上述结果,这些分子生物学和电生理测量得到的数据非常复合假设,清醒时大脑的电路非常强,而睡眠可以让它们维持在基准水平以进行恢复。

 

她和同事提出的上述理论,被称作突触平衡假说“synaptic homeostasis hypothesis”,与目前许多科学家对睡眠如何影响学习的看法背道而驰。现在科学家普遍认为,睡眠时突触的活性增高,它们要不断地巩固清醒时获得的信息。

 

她说,我们不这么想。我们认为学习仅仅是在我们醒着的时候进行,睡眠的作用主要是维持我们大脑的最基本功能,让突触保持精简和高效。(生物通,揭鹰)

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