科學網—睡眠中的大腦神經細胞

07-13

睡眠中的大腦神經細胞

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人生約有三分之一的時間是在睡眠中度過的，因此睡眠的意義是也一個被受關注的話題。

雖然人們早已認同睡眠是為了維持大腦機能的一種積極主動的生理過程，但在睡眠條件下大腦神經細胞活動狀態卻並不十分清楚。一些人認為睡眠的目的是減少大腦過度疲倦，但也有人曾提出睡眠是用以鞏固對以往記憶痕迹的假說，當然這兩種假設也可能並不矛盾。

如果，睡眠是為了屏蔽內外應激負荷的刺激，積極修整神經元間一些不重要的關聯信息，減少大腦神經元細胞的不必要過載負荷的一種方式，那麼大腦可以通過睡眠來完成對信息的整理和保存並形成記憶，但至今為止人們對睡眠期間這些大腦神經細胞如何表達功能的分子機制還缺乏了解。

最近，美國斯坦福大學Appelbaum 博士等人利用熱帶斑馬魚的仔魚具有透明性的特點，對這個議題進行研究並得出有趣的結論。人們知道斑馬魚與人類同樣顯示白天活躍和夜間睡眠的生理周期，但不同的是人們能夠在一定的實驗條件下觀察到斑馬魚透明仔魚腦內神經網路的連接與變化。Appelbaum等人用色素標記這些仔魚神經元後利用熒光成像技術監測調節睡眠神經活動的大腦特定區域變化。他們以影像處理方法可以清楚的觀察到，當神經元細胞在活動狀態時突觸部呈現綠色，而處於非活動期狀態下的神經元突觸部顯示黑色，呈現神經元的突觸可塑性。如果大腦神經元細胞活動低下時，可以認為大腦睡眠是在修剪那些無需記憶的神經元間負荷，並通過保存對整理後的神經元負荷痕迹成為記憶，當然這一特徵在神經元活動上也可以反映出來。他們的實驗也分析了機體生物時相和睡眠對大腦不同區域神經元活動的影響與差異。

實驗中，他們通過追蹤觀察晝夜大腦神經元活動的變動周期中發現，斑馬魚大腦神經元突觸數目受到時鐘和行為的影響，並證明睡眠期間神經元活動水平下降是大腦活動的一種積極調整過程，因為只有通過睡眠過程才可能使大腦負荷過的經驗得以恢復。如果沒有睡眠期間的神經元活動降低，大腦則無法接受、整理和儲存新的信息 (Circadian and Homeostatic Regulation of Structural Synaptic Plasticity in Hypocretin Neurons. Neuron., 68: 87–98, 2010)，此外，他們在研究中也注意到一些基因表達也積极參与了調節突觸節律性變化。

由於，睡眠期間大腦中的不同神經迴路的活動狀態並不一樣，因而顯得生命複雜性。但可以說明的是睡眠是與學習和記憶等中樞神經活動密不可分的，大腦的一種工作方式，其內涵會隨著科學方法的不斷完善，而被證實。