晝夜節律是如何形成的?盲人有晝夜節律嗎?


好問題!

實驗室同學是做circadian rhythm的,我們有一次就聊到了盲人會不會有晝夜節律。簡而言之是有,靠內在生物鐘並受社會信息(三餐社交神馬的)調節,但是不如視力正常的人。

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下文從生物學角度分析該問題,主要證據來自老鼠實驗,醫學方面的請諮詢專業人士
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光(感光能力)和晝夜節律的關係:光線從視網膜直接投射傳送到視交叉上核(SCN),SCN在將節律信號傳送到身體個部分,比如褪黑素分泌啦,肝功能,腸道蠕動等等,此處略去一千字。。。

(圖片來源:

(圖片來源:http://www.nature.com/nrn/journal/v13/n5/full/nrn3208.html)

我實驗室那姐們兒就是研究上圖右邊那堆基因的。細胞是有自節律的,就算把他們養在小碟子里也可以看到這些基因的變化,如下圖所示。但是在沒有光線,或者說SCN的調節的時候它們是亂的,每個細胞的節律都可能不一樣,SCN很大的一個作用就是通過神經信號來同步它下游細胞的節律。

(圖片來源:

(圖片來源:http://www.nature.com/nrm/journal/v1/n1/full/nrm1000_059a.html)

當完全不接受來自環境的時間線索,人體的自體晝夜節律(內在的生物鐘:internal body clock)還是根據近24小時的周期運行(實際上稍稍長於24小時)。

盲人(全盲)因為無法感受光線,他們的生物鐘就不受光線調節,而更多的是受到外界信息的調節,如社交活動,時鐘,三餐時間等。但這種調節並不能完全補償光線的作用,因此有些盲人就會在夜晚失眠而白天嗜睡。

下圖是正常(第一行)和視神經受損(第四行)的老鼠(左邊是一隻老鼠,右邊是一組的平均值)的活動情況。黑色的柱子代表老鼠運動的多少,越多越頻繁就越高。老鼠是夜行的,所以正常老鼠在夜間(晚上7點到早上7點,也就是藍色區域)運動比較頻繁,而視神經受損的老鼠則沒有這種規律。
ps. 看老鼠運動的多少是比較經典的晝夜節律實驗
ps. 中間兩行是使用不同方法修復視神經的

評論里好多問題都問得好棒 &<( ̄︶ ̄)&>
@飛鳥冰河 「但說到節律,如果困在一個恆溫,無聲無光照變化,無時鐘標示的地方,那節律就真亂了。」
不會亂的,但是也不會是嚴格的24小時。上面說的,我們的細胞本身也有內在的節律,在人類一般是比24小時長10-20分鐘,其他物種大概是20-28小時。把老鼠關在恆溫恆濕,黑暗的環境里,它們還是會呈現晝夜節律,只是不再是24小時。

@吳小小 我想問長期黑白顛倒對健康有何影響?
我不是學醫的,只能從生物角度來回答。
黑白顛倒可能會導致激素分泌紊亂,消化系統紊亂,肝功能紊亂等等。
比如睡覺的時候,大腦里的膠質細胞(glia)會回收,清理beta-amyloid(就是導致阿茲海默的那玩意兒)http://www.nih.gov/researchmatters/october2013/10282013clear.htm; 節律紊亂還會導致肝臟脂肪堆積,進而增加肥胖,糖尿病的幾率A Molecular Link Between Sleep and Liver Fat。。。
很嚇人有木有,但是還有比日夜顛倒更可怕的,就是頻繁的更換時區(chronic jetlag),比如作息不穩定或者經常跨國旅行。長期jetlag的老年老鼠(27-36各月大)壽命顯著變短http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1635966/。 (其實我覺得不是對年輕的老鼠沒影響,只是短期看不出來,而養老鼠是一件很貴的事情,要一兩美刀一天,沒人願意養好幾年)

@丁乙乙 感光是只能通過視網膜實現嗎?從自體感受來說,閉上眼睛也能通過熱力的感知來體會到光。這種感知是不能起到調節作用的嗎?
光受體和熱受體是不一樣的,光信號是由視網膜上的視錐,視桿細胞(rod and cone)傳到到SCN的,而這些細胞表達的時感光受體。我的理解是感光的能力是SCN調節全身節律的關鍵,熱力什麼的大概能算事環境,社會因素。
上世紀90年代的時候,Zaidi和Lucas等人發現,視錐視桿受損的老鼠也可以有光相關的晝夜節律,進而發現了一種叫ipRGCs的視網膜細胞,表達一種叫Melanopsin的受體(作者已經翻譯無能了 _(:з 」∠) _),有些盲人可以依靠這些細胞感知光線。


===============不耐煩的請直接看第三點==================

1.什麼是晝夜節律
晝夜節律(circadian rhythms)是指生物體內在(endogenous)的一種周期變化規律,時長在20h&之所以發現這是「內在」規律,源於一種特有的研究生物晝夜節律的方法:constant condition.把生物置於連續黑暗(DD)或者連續光照(LL)環境中,觀察生物體的規律性。這種規律性在植物中存在(下圖是某種植物樹葉相對高度的晝夜變化規律):


也在動物中存在:

(Vitaterna et al., 1994)
上圖所示,小鼠長期處於黑暗(DD)之中,仍然保持著比較規律的活動-休息周期。
這種內在的、長度大約為24h的節律性叫circadian rhythms(各物種不同,在20h-28h間變動)。

2.如何調諧晝夜節律?
如最高票答案所說,生物體內的不同細胞都有自己的晝夜節律性(養在培養皿里觀察所得),或者說clock。但是,全世界的鐘如果不校正,就算他們按照自己的節奏滴答滴答,也是沒有意義的。這就需要一個clock master來準點報時校正偏差,這個過程叫synchronization.在一個生物體內,這個master clock叫視交叉上核(suprachiasmatic nuclei, SCN)。
有了視交叉上核,個體的問題解決了,不過,如果全世界的人按照自己的節奏生活也是不可以的,他們需要同步性。不然錯過早市就買不到蔬菜了。那麼有一個完美的強大的外界規律叫自然界的晝夜交替,24h,剛好能跟這種生物體的內在節律性契合起來。
個體的晝夜節律和自然界的晝夜交替相整合的過程叫entrainment.於是有了大多數人的日出而作日入而息,以及夜行動物的相反的行為模式。整合以後,這種新的節律完美趨近於24h,注意,這個時候已經叫nycthemeral rhythms,因為這個新的節律是和自然界晝夜交替相調諧的(或者是實驗室的LD周期)。可以想見,如果不是這樣的話,逐漸就會產生誤差和偏移,道理和曆法設計需要增加閏年一樣。

全靠自然界晝夜交替給了個體生物以時間線索,所以在德語里這種晝夜交替線索叫zeitgeber,就是time giver. 以及,最重要的線索其實就是光線。晝夜交替,本質就是外界是否有光。(終於答到正題了。)那麼生物體只要能感光就能調諧了。

3.生物體如何感光?
低等動物,在視覺出現之前就有了光感受器,專門為了同步晝夜節律。略下不表。
哺乳動物,包括人,有兩種光感受系統:
1.image forming vision (產生視覺)
2.non-image forming vision (不產生視覺,專門為晝夜節律和瞳孔反射服務)
因此,image forming,需要感受光的強度和顏色,就需要視錐細胞(cone)和視桿細胞(rod)作為光感受器。而non-image forming,調用的是另一種廣泛分布但是含量極少的細胞(一種表達有melanopsin作為生物marker的視網膜神經節細胞,retinal ganglion cells, RGC)。
三種細胞的關係如圖

(Brown and Lucas, 2009)

(Brown and Lucas, 2009)

RGC(就是圖中的M)分為兩種:一種是intrinsic,可以直接受光子(photon)刺激而產生電位變化;一種是extrinsic,接受來自視錐細胞和視桿細胞的信息(經過雙極細胞傳遞,圖中為ON和OFF兩種雙極細胞)從而產生突觸後電位。

接下來RGC將伸出軸突到SCN,到達傳遞來自外界的明暗交替信息的目的。


所以可以推理:視錐細胞和視桿細胞受損,不完全影響晝夜節律跟晝夜交替同步。RGC細胞受損,也不完全影響晝夜節律跟晝夜交替同步;若二者完全受損,則失去與晝夜交替同步的能力。目前,以上推理都在小鼠模型中得到了驗證。(非伸手黨可以移步這篇science文章,見Panda et al., 2003)。

回到題目本身,致盲的因素很多,視錐、視桿細胞受損,雙極細胞受損,產生image視覺的神經節細胞受損,或者初級視皮層受損等等(不忍心寫下去了)。所以請任選一款帶入盡情分析。


排名第一和第二的答案都從醫學、生物學角度闡釋了。那我只能從個人感受層面說說了
。。。曾經我也是依靠視覺來分辨白天還是黑夜,如今完全憑藉知覺,這種晝夜節律系統是很自然形成了,儘管難以用語言精確表述,但,也知道該睡的時候睡,該起的時候起。。。。於是,白天不會幹夜晚的事。。。。。。。


有的,據研究人體內的激素分泌水平可以在不同外界環境下自發形成稍微比24小時長的一串變化,使人在激素影響下產生倦意或保持清醒。
光線的確可以對晝夜節律產生影響,主要是起「延長白天」進而延長晝夜節律的作用。盲人的晝夜節律完全可以通過激素改變來維持。
另外,大多數正常人在生活環境下產生的晝夜節律稍短於24小時,但是我們仍遵守每天相似的作息規律。


記得書上說過是額頭部位的松果體負責感知晝夜?


贊專業的回答。我做過一段時間義工,與視障朋友們同吃同住過幾個月。他們作息基本和我們一樣,但確實會出現白天嗜睡,晚上失眠的狀況。嚴重的全盲朋友需要經常吃褪黑素。他們有的時候半夜3、4點起床,精神還很好。不規律的作息容易導致他們肥胖三高等問題(也與他們缺乏健全人能做的鍛煉有關)我們盡量要求他們和健全人一樣作息,因為他們也需要工作生活。白天飯後會帶他們出去散步,增加他們運動時間。深刻理解他們白天嗜睡,晚上失眠的痛苦。


我倒想知道盲人為什麼也需要睜眼?


我是盲人,如果沒有手機。我就不知道今夕是何夕。因為我一點時間概念都沒有。


除了以上醫學層面的解釋,社會行為,人與人之間的互動,也是盲人感知晝夜變化的途徑吧。


有,靠內在生物鐘並受社會信息(三餐社交神馬的)調節,但是不如視力正常的人。光(感光能力)和晝夜節律的關係:光線從視網膜直接投射傳送到視交叉上核(SCN),SCN在將節律信號傳送到身體個部分,比如褪黑素分泌啦,肝功能,腸道蠕動等等,


氣溫感知吧……


北極圈以內的人,長時間晝夜節律什麼樣的,會不會短壽?


人是群居互動型的生物。盲人看不到,並不意味著所有的感知能力都沒有。
如果設定絕對環境來測試,不管是不是盲人,都沒有可參照物去確定時間、晝夜的話,就是完全依賴身體的疲勞度調節。

如果有社交環境,那就太簡單了,別人都睡了,盲人會發現世界安靜了,溫度變化了,連特么收音機和電視都不放節目了,他就更沒事幹了,睡覺吧。

如此就有了分辨方法。


【青璽:能量角度談晝夜】

在地球初始時太陽和月亮是沒有離我們這麼近的,也沒有這麼極端的晝夜之分,那時地球不需要去藉助其他星球的能量。剛開始的地球遍地植被,地球也在從地心源源不斷散發能量出來去創造環境創造物質。為什麼直接說植被,因為之前轉換的過程中也有其他物質的覆蓋,類似於泥,沙,水,但經過長年累月的層層覆蓋到吸收,就形成了創造生命的自主。不管是什麼星球,只要有聚集,那就是有生命能量流動的,只不過我們人類看到的是成長的某個層面,把我們的眼光放在時間的角度過去現在進行時,而不是定格在某個片段,那麼我們也是在自然也在跟隨著時間和能量的流動在成長。我們所在的地球是可以利用能量創造屬於我們自身的環境,從而去平和的發展,那時候的天空環境是很像現在黃昏時候的場景,很溫和的狀態,所以我們現在大部分人在黃昏的時候看著天會覺得很舒服,很踏實,讓人感覺靜靜的,生活都變美好了。人們既可以做事,也可以去休息,這是能量處於平衡感讓人所產生的感受,萬物也是這樣。

星球與星球間也是有能量吸引的,星球運轉也是有自身能量範圍的軌跡和空間,就和人一樣有自己的命格和層次,能量無法突破自身層次的時候,很多時候接觸到的人和事都會有限制在,一旦成長到一定階段突破後自身面對的將會更開闊。星球也是如此,既有合作,能量交匯融合,也有相互壓制對抗,這種吸引都是自身所接納包容的,也就是自己所召喚過來的。

太陽的能量是帶有壓制性的,很強,生硬,粗糙,不細緻,是直接放射性的,但同時有消除粉碎物質的功能。很多物品,沙石曬久了會裂,人也是,適當的曬太陽可以清除一些負面情緒,而過多的在陽光下曝晒工作,人體是負擔不起的,行為舉止受到限制,無法隨心生活,身體負擔嚴重,感覺累人,但從近幾年看太陽在不停的靠近,壓制大過清理,對於人來說有些負擔過重,能量物質附著太多,長期在自身不適應的時差和環境中生活,人的精力會被削減,所能做事活動的空間也會變小。

月亮的能量,從表面看是比較陰柔的,但內在是很沉,這種陰是細緻到非常強的程度,屬於由內而外層層加重,以不知不覺的程度滲入,因為細緻,所以直接性沒有太陽表現的那麼明顯,但也是很強的,會偽裝,隱藏,內部活動多,活躍,會隱忍,內部能量很豐富,慣於吸收能量然後內部儲存。相對來說的壓制性比太陽弱很多,甚至會反過來有助長人心底最真實情緒,也就是元神的想法的能力。是一種拋開了物質社會的規則道理,一種理智狂放甚至有些野蠻殘忍的狀態。

所以近代的人,以肉體為主的物質世界要在晚上入睡,就是在一定程度上為了壓制元神在夜晚的躁動引起的罪惡和暴亂,另一方面是大多數人容納不下元神和身體兩方面同時的穩定,大多數人只能僅僅去維持身體的穩定,元神穩定的人身體應該是通透的,但不能算是強硬健康。

在白天人們的行為會有所收斂,這種板正的能量促使人們去工作,能更穩重的去面對手頭的事情,而夜晚的能量讓人更隨性放鬆,感受力也是比較強的,沒有過強能量的阻礙,穿透力能變強。太陽的能量具有一定壓制性,在我們所生活的地球,所看到的,看不到的,已知的,未知的,有非常多的能量體,在白天太陽的壓制性能量讓我們無法去感受,所以有壯膽的說法,晚上的時候所有的能量體都需要生長發散,所以太晚時,我們能感受到但無法承受時就會變的害怕,窩在家。另外很多靈異事件之所以發生時間都在晚上,僻靜的地方或者破舊的地方,就是因為人的能量場少的地方更有利於另一些無實體的能量場的生長,兩者一般情況下不會互相打擾,也大多數都無惡意。

能量太強對於所有能量體來說是無法承受的,現在這種兩極的能量太強,對於人類來說不舒服,很糟糕,但地球需要壓制,被壓的有多狠彈的就有多高,這才有所謂能量突破。所以之後為了適應環境和壓制,地球上的物質需求會向極簡化發展,人的白日需求會漸漸減少,網路和快遞的發展也正順應了這一點,到夜晚可能會有些獨特的娛樂活動產生,人類睡覺的普遍時間會向後推移。


盲人也要睡覺啊。。。總不能別人睡覺他自己high 吧


膝蓋也可以感光啊…


白天出門曬太陽皮膚辣,晚上出門很涼快。


非專業人士從科普讀物得到的答案是有,因為人的晝夜節律受體內生物鐘控制,在生物鐘中視覺實際上不是最主要因素。
一、松果體可以感受光暗,與視神經無關,所以盲人的松果體也可以感知光暗;
二、消化系統控制了另一套生物鐘感受系統,通過控制飲食可以避免倒時差反應就是一個例證。


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