維也納分子病理學研究所的科學家們利用線蟲來研究睡眠的基礎內(nèi)容，他們檢測了大腦中的所有神經(jīng)細胞在睡著和醒來的活動，在6月23日的Science上發(fā)表了開創(chuàng)性的成果。
睡眠是動物的一個普遍特征：每個神經(jīng)系統(tǒng)似乎都有規(guī)律地經(jīng)歷并要求放松狀態(tài)，在這種狀態(tài)下大腦的活動發(fā)生了劇烈的變化。睡眠是至關(guān)重要的，正如我們在日常生活中所經(jīng)歷的那樣，但科學家們?nèi)栽跔幷摓槭裁磿@樣。
在維也納分子病理學研究所，由神經(jīng)生物學家Manuel Zimmer領導的團隊用秀麗隱桿線蟲研究了大腦如何清醒和睡眠之間轉(zhuǎn)換。他們的研究結(jié)果表明，在疲勞的動物中，睡眠是一個只要強大的外部環(huán)境刺激不存在，大腦就能自發(fā)地建立自己的基本狀態(tài)。
線蟲作為睡眠研究的模型
目前可以觀測到類似睡眠狀態(tài)的最原始生物是線蟲。線蟲被選為睡眠研究的模型，還因為它的神經(jīng)系統(tǒng)只有302個神經(jīng)元。這小得足夠能以高級顯微鏡的方法，在單細胞的精度訪問大腦中所有神經(jīng)細胞的活動。這是監(jiān)測大腦在清醒和睡眠之間時，獲得新見解的關(guān)鍵。
科學家面臨的另一個挑戰(zhàn)是控制線蟲何時入睡和醒來。博士生Annika Nichols和Tomá? Eichler建立了一個有趣的實驗系統(tǒng)，用可變氧濃度作為一個開關(guān)。線蟲生活在土壤中，在它們的自然棲息地，充足的微生物使氧氣含量保持在低水平。研究人員發(fā)現(xiàn)，在這些條件下，如果它們感到疲勞的話，它們會感到很舒適，可以入睡。Nichols和Eichler發(fā)現(xiàn)，大氣濃度氧含量的新鮮空氣對睡著的動物是個警報，能使它們很快醒來。Nichols說：“這打開了一扇門，以便在我們的實驗中有效地改變睡眠狀態(tài)和清醒狀態(tài)?！?/p>
疲勞的神經(jīng)測量器
Nichols繼續(xù)記錄當觸發(fā)睡眠和清醒之間轉(zhuǎn)換的大腦中所有神經(jīng)元的活動。她發(fā)現(xiàn)，在睡眠中，大多數(shù)在清醒時活躍的神經(jīng)細胞變得沉默。然而，一些特定類型的神經(jīng)細胞保持警覺。這些類型之一，被稱為RIS，先前的研究顯示它通過分泌睡眠物質(zhì)促進睡眠。Nichols的發(fā)現(xiàn)表明：在清醒的、有入睡傾向的動物中，RIS活性已經(jīng)升高，暗示它是衡量大腦疲勞程度的指標。
睡眠作為大腦的默認基態(tài)
當監(jiān)測到睡眠時大腦的活動時，Nichols發(fā)現(xiàn)了一個有趣的發(fā)現(xiàn)：她的計算機分析表明，神經(jīng)元網(wǎng)絡活動自發(fā)地匯集到一個安靜和穩(wěn)定的狀態(tài)。最初，研究人員認為RIS的細胞會迫使神經(jīng)系統(tǒng)平靜，就像一個指揮家讓樂隊在最后一個和弦后沉默。然而，新的數(shù)據(jù)表明RIS似乎更像是一個調(diào)解人，在所有參與者之間協(xié)議采取一致行動。這種情況的好處是，清醒和睡眠之間的急劇性變化可以通過巧妙地改變大腦的某些調(diào)節(jié)“旋鈕”來觸發(fā)。
盡管線蟲大腦和人腦之間存在著許多差異，但這些結(jié)果為研究腦組織的基本原理提供了一個很有前途的模型。
參考資料
A global brain state underlies C. elegans sleep behavior
