科學家發現「做夢」的開關

只要輕輕撥動開關，加州大學伯克利分校的神經學家就可以讓一隻睡著的小鼠進入夢鄉。

研究者在進化層面非常原始的髓質細胞中插入了一個光遺傳開關，這樣他們就可以通過激光來控制神經元的狀態，讓其工作或者休眠。(關於光遺傳學原理，參照蛋文：光學起搏器實驗：用激光來控制果蠅的心臟)

當神經元被激活時，睡著的小鼠立即會進入REM(Rapid Eye Movement)睡眠。REM睡眠狀態是哺乳動物做夢的狀態，這時，眼球會快速運動，並伴隨著大腦皮層的激活和全身骨骼肌的麻痹。當神經元被反激活時，小鼠進入REM睡眠的能力會減弱甚至消失。

「以前人們總是認為在REM睡眠中，髓質所扮演的角色只與骨骼肌麻痹有關」，伯克利的分子細胞生物學教授、霍華德·休斯醫學研究所的研究員Yang Dan說道。「我們展示了這些神經元的作用，其實是它們觸發了REM睡眠的各個層面，包括肌肉麻痹以及大腦皮層在REM睡眠狀態下特有的激活狀態。」

雖然有證據顯示其它部位的神經元，如腦幹和下丘腦，也對REM睡眠有影響，Dan表示：「在我們的試驗中，94%的情況下，一旦刺激髓質神經元，小鼠會立即會進入REM睡眠。因此我們可以總結這可能就是讓你做夢的關鍵所在。」

加州大學伯克利分校團隊的這項成果於10月7號發表在了網上，並於10月15號發表在英國的《自然》雜誌上。

研究者表示，這項發現不僅會幫助研究者更好地理解大腦中睡眠和夢境的複雜控制過程，而且可以允許科學家們控制小鼠的夢境來幫助理解為什麼人類會做夢。

「許多的精神障礙，特別是情緒失調，都和REM睡眠的變化相互聯繫，並且許多常用藥也會引起REM睡眠的變化，所以REM睡眠可能是一個敏感的心裡和情感健康指示器，」伯克利的博士後、第一作者Franz Weber說道。「我們希望研究這種睡眠環路可以幫助我們更好地了解這些心裡問題以及那些會影響睡眠的神經疾病，比如帕金森和阿爾茲海默病。」

飲食與做夢

研究人員還發現，當在小鼠醒著的時候刺激這些腦細胞時，小鼠並沒有顯示出失眠的癥狀，但是它們會吃得更多。在普通的小鼠中，這些神經元作為一個神經細胞亞群，它會釋放出一種叫γ-氨基丁酸(GABA)的神經遞質，因此它們被稱作GABA神經元。這些神經元在小鼠醒著，並進行進食和梳理毛髮這兩種愉悅的行為過程中最為活躍。

Dan猜想這些位於髓質中的GABA神經元與應激神經元的作用相反，比如腦橋(另外一個大腦中進化層面比較原始的部分)中的去甲腎上腺素能神經元。去甲腎上腺素能神經元會釋放出去甲腎上腺素，一種類似於腎上腺素的神經遞質。

「有學者發現，去甲腎上腺素能神經元，這種你在跑步時會活躍的細胞，當進食或者梳理毛髮等行為發生時會停止釋放遞質。所以似乎每當你放鬆並享受的時侯，去甲腎上腺素能神經元的開關都會斷開，髓質中GABA神經元的開關會閉合，」Dan說道。

從髓質的腹側部分，到腦幹以及下丘腦的部分區域，GABA神經元均有分布，所以它們能夠影響許多機體的功能。這些區域比大腦皮層更為原始，大腦皮層是思考的中心，而它們則控制著情感和許多本能，它們也是肌肉和呼吸等機體自動功能的控制中心。

光學腦狀態轉換

Dan，Weber和他們的同事選擇了一種叫光遺傳學的技術來研究位於髓質並且與REM睡眠有關的GABA神經元。這種技術包括在特定神經元中通過病毒插入一個光敏感離子通道。為了使病毒定向作用於神經元，研究人員使用了一種基因改造的小鼠，在它們的GABA神經元中會表達出一種標記蛋白。當這些工作做好之後，離子通道就可以根據激光信號打開或者閉合，激光信號通過一根插入小鼠大腦的光纖傳送。

使用這種小鼠，研究者總結出了髓質中這些神經元的活動狀態，並且記錄下了短時間激活或者反激活這些神經元對睡眠和蘇醒行為的影響。

研究者還使用一種藥品來使這部分神經元失活，他們發現這會造成REM睡眠的減少。但這種效果並不會馬上顯現出來，持續時間也不會很長。畢竟這種藥品要過半小時才會起效，並且會被慢慢代謝掉。

此外，研究者還在髓質中其它神經元群中插入了這種光敏感通道：谷氨酸能神經元，它會釋放神經遞質谷氨酸。當這種神經元被激活時，小鼠會立即被喚醒，與GABA神經元恰好相反。

Dan現在還在繼續她的神經元研究，並不僅僅局限於與REM睡眠有關的，她也在研究那些會影響非REM睡眠的神經元。

[焦蓋蓋 via Science Year]