牛津大學(xué)的研究人員揭示出了是什么將我們大腦中的開關(guān)翻轉(zhuǎn)，喚醒了我們。發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上的研究發(fā)現(xiàn)，讓我們更進(jìn)一步了解了睡眠的秘密。

睡眠受到兩個(gè)系統(tǒng)——生物鐘和睡眠同態(tài)調(diào)節(jié)器（homeostat）的支配。盡管人們已充分認(rèn)識(shí)地生物鐘，對(duì)于睡眠同態(tài)調(diào)節(jié)器卻知之甚少。

Gero Miesenböck教授解釋說(shuō)：“生物鐘使得我們能夠預(yù)期由于地球自傳引起的我們環(huán)境中可預(yù)測(cè)的變化。同樣地，確保了當(dāng)它最小程度傷害我們時(shí)我們?cè)谒X，但卻沒有說(shuō)出我們?yōu)槭裁词紫刃枰X這一秘密。”

“這種解釋可能來(lái)自對(duì)于第二控制器——睡眠同態(tài)調(diào)節(jié)器的認(rèn)識(shí)。當(dāng)我們醒著時(shí)這一同態(tài)調(diào)節(jié)器測(cè)量到了發(fā)生在我們大腦中的某一事物——我們并不知道這一事物是什么，當(dāng)它到達(dá)上限時(shí)，我們就會(huì)睡著。這一系統(tǒng)在睡眠中被重新設(shè)定，當(dāng)我們醒來(lái)時(shí)周期重新開始。”

研究小組在果蠅的大腦中研究了這一睡眠同態(tài)調(diào)節(jié)器——在大約45年前，這種動(dòng)物還提供了有關(guān)生物鐘計(jì)時(shí)的第一個(gè)突破性認(rèn)識(shí)。每個(gè)果蠅有大約二十幾個(gè)睡眠控制神經(jīng)元，人們也在其他動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了這些腦細(xì)胞并相信它們也存在于人體中。這些神經(jīng)元傳送了睡眠同態(tài)調(diào)節(jié)器的輸出信息：如果這些神經(jīng)元電活化，果蠅會(huì)睡著；當(dāng)它們沉默時(shí)，果蠅醒著。

為了開關(guān)這些神經(jīng)元，研究人員采用了Miesenböck發(fā)現(xiàn)的一項(xiàng)技術(shù)：光遺傳學(xué)。2002年，在紐約的斯隆•凱特琳紀(jì)念癌癥中心， Miesenböck成為了首個(gè)使用視蛋白來(lái)賦予腦細(xì)胞光敏感性的研究者，采用的是從果蠅視網(wǎng)膜上提取的視蛋白。Miesenböck被視為光遺傳學(xué)的開創(chuàng)者之一。在當(dāng)前的研究中，Miesenböck實(shí)驗(yàn)室利用光遺傳學(xué)刺激生成了化學(xué)信使多巴胺。

在人體中，發(fā)揮神經(jīng)興奮劑作用的藥物（諸如可卡因）可以提高大腦中的多巴胺水平，在果蠅中也可以看到這一效應(yīng)。當(dāng)多巴胺能系統(tǒng)被激活時(shí)，控制睡眠的神經(jīng)元陷入沉默，果蠅醒來(lái)。如果研究小組阻止多巴胺傳送，等待一會(huì)兒，控制睡眠的神經(jīng)元會(huì)回到電活化狀態(tài)，果蠅又睡去。

這一睡眠開關(guān)是一個(gè)“硬”開關(guān)，這意味著它要么被開啟要么被關(guān)閉。Miesenböck說(shuō)：“這是有道理的。要么睡著要么醒來(lái)，你不會(huì)想漂浮在朦朧狀態(tài)。”

該研究的第一作者之一Diogo Pimentel博士說(shuō)：“能夠隨意操縱睡眠，為我們提供了一個(gè)機(jī)會(huì)闡明它的運(yùn)作機(jī)制。”

當(dāng)睡眠控制神經(jīng)元電活化時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)和命名為Sandman的一個(gè)離子通道留在細(xì)胞內(nèi)。離子通道控制了電脈沖，腦細(xì)胞則通過電脈沖來(lái)進(jìn)行交流。當(dāng)存在多巴胺時(shí)，它會(huì)使得Sandman移動(dòng)到細(xì)胞外。Sandman隨后有效地讓這些神經(jīng)元發(fā)生短路，關(guān)閉了它們，導(dǎo)致了覺醒。

第一作者Jeff Donlea博士說(shuō)：“原理上，這是一個(gè)與你客廳墻上的恒溫器相似的裝置。但它測(cè)量的并非是溫度，并在氣溫過冷時(shí)打開暖氣，這一裝置是在你的睡眠需要超過某個(gè)設(shè)定點(diǎn)時(shí)開啟睡眠。”

Miesenböck解釋說(shuō)：“一個(gè)價(jià)值數(shù)十億美元的研究課題是，在這一系統(tǒng)中什么是溫度的等同物？換句話說(shuō)，這一睡眠同態(tài)調(diào)節(jié)器測(cè)量的是什么？如果我們知道答案，我們將朝著揭示睡眠的秘密邁出很大的一步。”

頭一天晚上睡得越晚，起床的時(shí)候就越發(fā)艱難。那么，為什么熬夜會(huì)讓人昏昏欲睡呢？Johns Hopkins大學(xué)的研究人員最近解決了這個(gè)問題，相關(guān)論文發(fā)表在2016年5月的Cell雜志上。如果我們硬要生物鐘對(duì)著干，大腦就會(huì)產(chǎn)生一種難以遏制的睡眠沖動(dòng)（sleep drive）。研究人員在果蠅中找到了負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)睡眠沖動(dòng)的神經(jīng)元。果蠅越長(zhǎng)時(shí)間不睡，這些神經(jīng)元就越活躍。他們認(rèn)為，這項(xiàng)研究可以幫助人們更好的理解和治療睡眠障礙。

發(fā)表在2016年4月29日Science雜志上的一項(xiàng)新研究，揭示出了控制睡眠-覺醒周期的生物學(xué)機(jī)制。具體而言，它證實(shí)簡(jiǎn)單地改變腦脊液中的化學(xué)物質(zhì)平衡就可以改變動(dòng)物的意識(shí)狀態(tài)。這項(xiàng)研究將焦點(diǎn)放在了腦脊液中的一些離子上，其發(fā)現(xiàn)這些改變不僅在刺激或抑制神經(jīng)細(xì)胞活性中起關(guān)鍵作用，似乎在我們睡覺的時(shí)候也改變了細(xì)胞體積導(dǎo)致腦細(xì)胞縮小，這一過程幫助了清除廢物。

果蠅的睡眠習(xí)慣與人類非常相似。它們大部分的睡眠是在夜間，某些藥物和興奮劑（如咖啡因）可能會(huì)影響它們的睡眠，而且，如果它們的睡眠比較糟糕，甚至可能會(huì)影響它們的記憶力。但是，果蠅能告訴我們關(guān)于“睡眠不足與代謝疾?。ㄈ缣悄虿　⒎逝郑?、血糖水平之間的聯(lián)系”的什么信息嗎？根據(jù)一項(xiàng)新的研究表明，果蠅的確可以告訴我們很多這方面的信息，這項(xiàng)研究首次發(fā)現(xiàn)，一個(gè)保守基因——translin，作為睡眠的一個(gè)調(diào)節(jié)因子，可響應(yīng)代謝變化。這項(xiàng)研究的結(jié)果發(fā)表在2016年4月4日的《Current Biology》雜志。