維也納分子病理學(xué)研究所的科學(xué)家們利用線(xiàn)蟲(chóng)來(lái)研究睡眠的基礎內容，他們檢測了大腦中的所有神經(jīng)細胞在睡著(zhù)和醒來(lái)的活動(dòng)，在6月23日的Science上發(fā)表了開(kāi)創(chuàng )性的成果。
睡眠是動(dòng)物的一個(gè)普遍特征：每個(gè)神經(jīng)系統似乎都有規律地經(jīng)歷并要求放松狀態(tài)，在這種狀態(tài)下大腦的活動(dòng)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(xué)家們仍在爭論為什么會(huì )這樣。
在維也納分子病理學(xué)研究所，由神經(jīng)生物學(xué)家Manuel Zimmer領(lǐng)導的團隊用秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)研究了大腦如何清醒和睡眠之間轉換。他們的研究結果表明，在疲勞的動(dòng)物中，睡眠是一個(gè)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(xiàn)蟲(chóng)作為睡眠研究的模型
目前可以觀(guān)測到類(lèi)似睡眠狀態(tài)的最原始生物是線(xiàn)蟲(chóng)。線(xiàn)蟲(chóng)被選為睡眠研究的模型，還因為它的神經(jīng)系統只有302個(gè)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(fǎng)問(wèn)大腦中所有神經(jīng)細胞的活動(dòng)。這是監測大腦在清醒和睡眠之間時(shí)，獲得新見(jiàn)解的關(guān)鍵。
科學(xué)家面臨的另一個(gè)挑戰是控制線(xiàn)蟲(chóng)何時(shí)入睡和醒來(lái)。博士生Annika Nichols和Tomá? Eichler建立了一個(gè)有趣的實(shí)驗系統，用可變氧濃度作為一個(gè)開(kāi)關(guān)。線(xiàn)蟲(chóng)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，在這些條件下，如果它們感到疲勞的話(huà)，它們會(huì )感到很舒適，可以入睡。Nichols和Eichler發(fā)現，大氣濃度氧含量的新鮮空氣對睡著(zhù)的動(dòng)物是個(gè)警報，能使它們很快醒來(lái)。Nichols說(shuō)：“這打開(kāi)了一扇門(mén)，以便在我們的實(shí)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繼續記錄當觸發(fā)睡眠和清醒之間轉換的大腦中所有神經(jīng)元的活動(dòng)。她發(fā)現，在睡眠中，大多數在清醒時(shí)活躍的神經(jīng)細胞變得沉默。然而，一些特定類(lèi)型的神經(jīng)細胞保持警覺(jué)。這些類(lèi)型之一，被稱(chēng)為RIS，先前的研究顯示它通過(guò)分泌睡眠物質(zhì)促進(jìn)睡眠。Nichols的發(fā)現表明：在清醒的、有入睡傾向的動(dòng)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)
當監測到睡眠時(shí)大腦的活動(dòng)時(shí)，Nichols發(fā)現了一個(gè)有趣的發(fā)現：她的計算機分析表明，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )活動(dòng)自發(fā)地匯集到一個(gè)安靜和穩定的狀態(tài)。最初，研究人員認為RIS的細胞會(huì )迫使神經(jīng)系統平靜，就像一個(gè)指揮家讓樂(lè )隊在最后一個(gè)和弦后沉默。然而，新的數據表明RIS似乎更像是一個(gè)調解人，在所有參與者之間協(xié)議采取一致行動(dòng)。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(guò)巧妙地改變大腦的某些調節“旋鈕”來(lái)觸發(fā)。
盡管線(xiàn)蟲(chóng)大腦和人腦之間存在著(zhù)許多差異，但這些結果為研究腦組織的基本原理提供了一個(gè)很有前途的模型。
參考資料
A global brain state underlies C. elegans sleep behavior
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