最近，加州大學(xué)伯克利分校的神經(jīng)學(xué)家，能夠使一只沉睡的小鼠快速進(jìn)入夢境。研究人員在位于大腦髓質(zhì)（大腦的一個古老部分）的一組神經(jīng)細(xì)胞中，插入一個光遺傳學(xué)開關(guān)，從而能夠用激光來激活或抑制這組神經(jīng)元。

當(dāng)這些神經(jīng)元被激活時，睡眠的小鼠在幾秒鐘內(nèi)就進(jìn)入了快速眼動睡眠（REM）。快速眼動睡眠的特征是快速眼球運動，是哺乳動物的夢境狀態(tài)，伴隨著大腦皮層的激活和骨骼肌的完全癱瘓。失活這些神經(jīng)元，可減少甚至消除老鼠進(jìn)入REM睡眠的能力。

本文第一作者、加州大學(xué)伯克利分校和休斯霍華德醫(yī)學(xué)研究所分子和細(xì)胞生物學(xué)教授丹揚（Yang Dan），丹揚教授本科畢業(yè)于北京大學(xué)，后來在哥倫比亞大學(xué)師從蒲慕明獲得博士學(xué)位，她說：“人們過去常常認(rèn)為，這個髓質(zhì)區(qū)域只參與快速眼動睡眠過程中的骨骼肌肉癱瘓。我們發(fā)現(xiàn)，這些神經(jīng)元可引發(fā)快速眼動睡眠的所有方面，包括肌肉癱瘓和典型的皮質(zhì)激活，可使大腦看起來比非快速眼動睡眠更清醒。”

雖然腦干和下丘腦中其他類型的神經(jīng)元已被證明影響快速眼動睡眠，但丹揚教授說：“因為快速眼動睡眠的強烈誘導(dǎo)——在94%的記錄試驗中，小鼠在激活神經(jīng)元的幾秒鐘內(nèi)進(jìn)入快速眼動睡眠，我們認(rèn)為這可能是一個相對較小網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點，該網(wǎng)絡(luò)決定著是否進(jìn)入夢睡眠。”

加州大學(xué)伯克利分校的研究小組，在十月十五日印刷發(fā)行的《Nature》雜志報告了他們的結(jié)果。著名華人科學(xué)家、美國科學(xué)院院士、斯坦福大學(xué)的駱利群教授也是本文共同作者。

研究人員說，這一發(fā)現(xiàn)不僅可以幫助研究人員更好地理解大腦中睡眠和做夢的復(fù)雜控制，而且還可以讓科學(xué)家們開始在小鼠中探究“為什么我們會做夢”。

本文第一作者、加州大學(xué)伯克利分校的博士后研究人員Franz Weber說：“許多精神疾病，特別是情緒紊亂，與快速眼動睡眠的變化有關(guān)，一些被廣泛使用的藥物也影響到快速眼動睡眠，因此它似乎是精神和情緒健康的一個敏感指標(biāo)。我們希望，研究睡眠電路，可能會讓我們對這些疾病以及影響睡眠的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，有新的見解，如帕金森和阿爾茨海默氏癥。”

飲食和做夢

研究人員還發(fā)現(xiàn)，在小鼠清醒時激活這些腦細(xì)胞是沒有影響的，但卻讓它們吃得更多。在正常小鼠中，這些神經(jīng)元——釋放神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸（GABA）的一部分神經(jīng)細(xì)胞，被稱為GABA能神經(jīng)元，在清醒狀態(tài)下當(dāng)小鼠正在飲食或整飾時（兩項非常愉快的活動），是最活躍的。

丹教授懷疑，髓質(zhì)中的這些GABA能神經(jīng)元具有應(yīng)激神經(jīng)元的相反效果，例如腦橋（大腦的另一個古老的部分）中的去甲腎上腺素能神經(jīng)元。去甲腎上腺素能神經(jīng)元可釋放遞質(zhì)去甲腎上腺素——腎上腺素的近親。

“其他人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，去甲腎上腺素能神經(jīng)元，當(dāng)你運動時是活躍的，當(dāng)進(jìn)食或整飾時是關(guān)閉的。因此，好像是，當(dāng)你放松和享受時，去甲腎上腺素能神經(jīng)元關(guān)閉，而髓質(zhì)中的這些GABA能神經(jīng)元則被打開。”

GABA能神經(jīng)元從髓質(zhì)（它位于脊髓的頂端）的腹側(cè)部突起，到達(dá)腦干和下丘腦的許多區(qū)域，從而能夠影響許多身體機能。這些區(qū)域——比大腦皮層更為原始，是思維和推理的中心——是情緒和許多先天行為的所在地，也是肌肉和自動功能（如呼吸）的控制中心。

光學(xué)腦狀態(tài)切換

丹揚、Weber和他們的同事，選擇了一種強大的技術(shù)——所謂的光遺傳學(xué)，來研究髓質(zhì)中這些REM相關(guān)的GABA能神經(jīng)元。該技術(shù)涉及到，用一種病毒將一個光敏離子通道插入到特定類型的神經(jīng)元。為了將病毒靶定到GABA能神經(jīng)元，研究人員使用了一種轉(zhuǎn)基因小鼠，它們只在這些特定的神經(jīng)元中表達(dá)標(biāo)記蛋白。一旦出現(xiàn)這些離子通道，當(dāng)通過插入大腦的一種光纖，而被激光刺激時，它們可以打開神經(jīng)元的活動。或者，將一種抑制離子泵插入GABA能神經(jīng)元，可使研究人員通過激光刺激，關(guān)閉這些神經(jīng)元的活動。

利用轉(zhuǎn)基因小鼠，研究人員定位了髓質(zhì)中這些神經(jīng)元的活動，然后記錄，短暫激活或失活這些神經(jīng)元，對睡眠和清醒時的行為有何影響。

他們還用一種藥物來滅活同一組神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)REM睡眠減少，但不是立刻的并持續(xù)很長一段時間，因為藥物需要大約半個小時才能生效，并逐漸消退。

他們還在髓質(zhì)中一組不同的神經(jīng)元（谷氨酸能神經(jīng)元，釋放神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸）插入了光敏感離子通道。激活這些神經(jīng)元，立即喚醒了動物，與激活GABA能神經(jīng)元的作用相反。

丹揚正在繼續(xù)研究其他的神經(jīng)元，不僅影響快速眼動睡眠，還影響非快速眼動睡眠的神經(jīng)元。