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人類睡眠的重要性：大腦每日需要重新編輯（修剪神經(jīng)元突觸，防止記憶混亂）

　　睡眠的意義究竟是什么？最新研究顯示，睡眠是為了忘記白天學(xué)到的一些東西：大腦在人處于睡眠狀態(tài)時(shí)會(huì)自行進(jìn)行編輯，修剪白天清醒時(shí)形成的神經(jīng)元突觸。

　　這些年來，對(duì)于我們?yōu)槭裁匆X，科學(xué)家們提出了很多的說法。有的稱睡眠是人節(jié)省能量的一種方式。有的人說，睡眠帶來了清除大腦細(xì)胞廢物的機(jī)會(huì)。還有的人說，睡眠只是迫使動(dòng)物們平靜地躺下來，從而避免被捕食者發(fā)現(xiàn)。

　　為了學(xué)習(xí)，我們得在我們大腦中的神經(jīng)元之間形成連接，又或者說是突觸。這些連接讓神經(jīng)元能夠快速而高效地向另一個(gè)神經(jīng)元傳遞信號(hào)。我們?cè)谶@些網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)新的記憶。

　　2003年，威斯康辛-麥迪遜大學(xué)的兩位生物學(xué)家朱利奧·托諾尼和奇亞拉·西雷利提出，白天突觸大量形成，我們的大腦回路因而變得“非常嘈雜”。他們指出，當(dāng)我們睡覺的時(shí)候，我們的大腦會(huì)在噪聲中修剪那些突觸來傳遞信號(hào)。

　　在此后的數(shù)年里，托諾尼、西雷利以及其他的一些研究人員發(fā)現(xiàn)大量的間接證據(jù)，來支持這種所謂的突觸穩(wěn)態(tài)假說。例如，他們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元能夠修剪它們的突觸。在針對(duì)堆積成塊的神經(jīng)元的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們對(duì)它們施加藥物，促使它們生長(zhǎng)出額外的突觸。后來，那些神經(jīng)元修剪了部分新生產(chǎn)出來的突觸。

　　其它的證據(jù)來自大腦發(fā)出的電波。在深度睡眠期間，大腦電波呈現(xiàn)減少。托諾尼和西雷利認(rèn)為是突觸減少導(dǎo)致這種變化。4年前，托諾尼和西雷利得到了通過觀察突觸本身來檢驗(yàn)他們的理論的機(jī)會(huì)。他們獲得了一種針對(duì)腦組織的切片機(jī)，他們用它來從老鼠的腦部切出腦薄片。

　　來自兩人的實(shí)驗(yàn)室的助理科學(xué)家路易莎·德·維沃領(lǐng)導(dǎo)了一項(xiàng)有關(guān)取自老鼠（有的處在覺醒狀態(tài)，有的睡眠狀態(tài)）的腦組織的高難度研究。她和同事確定了共計(jì)6920個(gè)突觸的大小和形狀。他們發(fā)現(xiàn)，睡眠中的老鼠腦中的突觸比覺醒的老鼠要小18%。“這個(gè)變化如此之大，讓人非常驚訝。”托諾尼說道。

　　另一項(xiàng)研究則是由約翰·霍普金斯大學(xué)博士后研究員格雷漢姆·迪林領(lǐng)導(dǎo)。迪林和同事是要通過研究老鼠腦部的蛋白質(zhì)來探究突觸穩(wěn)態(tài)假說。“我確實(shí)是要從這種有關(guān)具體細(xì)節(jié)的角度來研究這個(gè)問題。”迪林說。

　　在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，迪林和同事打造了一個(gè)微小的窗口來觀察老鼠腦部?jī)?nèi)的情況。之后，他們?cè)黾恿艘环N化學(xué)物質(zhì)來點(diǎn)亮腦突觸上的表面蛋白質(zhì)。通過該微小的窗口，他們發(fā)現(xiàn)表面蛋白質(zhì)的數(shù)量在老鼠睡眠期間呈現(xiàn)減少。這正是突觸減少時(shí)你預(yù)期會(huì)發(fā)生的情況。

　　迪林和同事接著尋求從分子角度探究這種變化的觸發(fā)原因。他們發(fā)現(xiàn)，在夜間，突觸內(nèi)會(huì)增加或減少數(shù)百個(gè)蛋白質(zhì)。而其中一種蛋白質(zhì)尤為突出，它就是Homer1A。

　　在以往針對(duì)培養(yǎng)皿神經(jīng)元的實(shí)驗(yàn)中，Homer1A被證明對(duì)于突觸修剪非常重要。迪林因而想知道它在睡眠中是不是也很重要。為了找到答案，他們專門研究因基因改造而無法生產(chǎn)Homer1A蛋白質(zhì)的老鼠。這些老鼠會(huì)像普通老鼠那樣睡覺，但它們的突觸并沒有像普通老鼠那樣改變它們的蛋白質(zhì)。

　　迪林的研究表明，睡意促使神經(jīng)元生產(chǎn)Homer1A，使得它被傳送到神經(jīng)元的突觸。而當(dāng)老鼠進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)，Homer1A會(huì)啟動(dòng)突觸修剪機(jī)制。為了了解這種突觸修剪機(jī)制如何影響學(xué)習(xí)，科學(xué)家們對(duì)普通的老鼠進(jìn)行了記憶測(cè)試。他們將老鼠放入一個(gè)房間，在房間里，如經(jīng)過門的一個(gè)區(qū)域，它們就會(huì)受到溫和的電擊。

　　那一晚，科學(xué)家們給部分老鼠的腦部注入了一種化學(xué)物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明，那種化學(xué)物質(zhì)會(huì)阻止培養(yǎng)皿神經(jīng)元修剪它們的突觸。次日，科學(xué)家們將所有的老鼠放回它們之前呆過的那個(gè)房間。兩組老鼠在很大一部分時(shí)間里都因?yàn)榛叵肫鸨浑姄舻慕?jīng)歷而害怕得無法動(dòng)彈。

　　而當(dāng)研究人員將那些老鼠放到不同的房間時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了一大差異。普通的老鼠會(huì)好奇地四處嗅探。而因被注入化學(xué)物質(zhì)而無法在睡眠時(shí)修剪腦部突觸的那些老鼠，則再一次無法動(dòng)彈。

　　迪林認(rèn)為，被注入化學(xué)物質(zhì)的老鼠無法記住它們具體是在哪一件房間受到電擊。由于在夜間沒有進(jìn)行突觸修剪，它們的記憶最終變得很混亂。托諾尼和同事在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，那種突觸修剪不會(huì)影響到所有的神經(jīng)元。有五分之一的突觸沒有任何的變化。這些突觸可能藏有不應(yīng)被干預(yù)的固定記憶。

　　“你可以以一種聰明的方式遺忘。”托諾尼說道。另一方面，也有研究人員警告稱，這些新發(fā)現(xiàn)并不能明確證明突觸穩(wěn)態(tài)假說。華盛頓州立大學(xué)睡眠研究者馬科斯·弗蘭克認(rèn)為，很難說大腦在夜間的變化是睡眠引起的，還是生物鐘引起的。“這是這一研究領(lǐng)域的一個(gè)普遍問題。”他表示。

　　俄亥俄睡眠醫(yī)學(xué)研究所馬庫斯·施密特說道，雖然大腦確實(shí)可能會(huì)在睡眠期間修剪突觸，但他對(duì)這是否就是睡眠存在的主要原因表示懷疑。談到最新的研究，他說，“它們干得很好，但問題是，突觸修剪是睡眠的一個(gè)機(jī)能，還是只是普通的機(jī)能？”施密特指出，不只是大腦，很多器官似乎在睡眠期間都有不同的運(yùn)作。例如，內(nèi)臟似乎會(huì)生產(chǎn)出很多的新細(xì)胞。

　　托諾尼稱，這些新發(fā)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)會(huì)促使研究人員去研究當(dāng)前的安眠藥對(duì)大腦產(chǎn)生怎樣的影響。雖然該類藥物可能有助于人們?nèi)朊撸鼈円灿锌赡軙?huì)干預(yù)到形成記憶所需的突觸修剪機(jī)制。“這種藥實(shí)際上可能對(duì)你不利。”托諾尼說道。

　　未來，安眠藥可能會(huì)精確鎖定睡眠所涉及的分子，進(jìn)而確保突觸得到恰當(dāng)?shù)男藜簟?ldquo;一旦你了解到基礎(chǔ)層面發(fā)生的狀況，你就能夠知道該如何更好地提供睡眠治療。”托諾尼說。

標(biāo)簽：人類需要大腦睡眠重要性防止每日重新編輯修剪神經(jīng)元突觸

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