两组脑干促睡眠神经元

科学家发现两组脑干神经元：小鼠清醒时间越久，这类神经元的活性就持续增强，它们显然能将长时间清醒转化为不断升高的睡眠压力。

我们保持清醒的时间越长，特定脑细胞就越会不断提升睡眠压力，最终让人几乎无法抗拒休息的欲望。

睡眠驱动力，是人体在清醒时段不断累积的、想要休息的生物压力，会让人越来越难以维持警觉状态。长时间清醒之后，机体通常会出现更长、更深的代偿性恢复睡眠。但科学家一直难以解释：神经系统如何感知清醒时长，并将其转化为不断增强的休息需求。

巴塞尔大学生物中心的亚历克斯·希尔（Alex Schier）教授带领的研究团队，如今找到了两组在该过程中起核心作用的脑干神经元。这项研究由贝丝以色列女执事医疗中心与奥本大学的科学家共同参与完成。

希尔表示：“我们找到了可以监测长时间清醒状态、并且主动促进睡眠的神经元群。这是解开‘人为什么会犯困’谜题中一块重要的缺失拼图。”

感知清醒时长的神经元

研究人员记录小鼠在正常睡眠、清醒、强制睡眠剥夺以及恢复睡眠阶段的脑部活动。分析结果筛选出一类脑区，其活性会随着动物清醒时长发生变化。

在其中一个脑区内，研究团队鉴定出两类关键神经元群：γ-氨基丁酸能神经元（GABA能神经元）与5-羟色胺能神经元。GABA与5-羟色胺是参与大脑多项功能的化学信使，而这两类特殊细胞参与睡眠压力的累积过程。

促睡眠神经元

小鼠大脑中的促睡眠神经元（绿色）与近期被激活的神经元（品红色）。图片来源：威廉·朱（William Joo），巴塞尔大学生物中心

随着清醒状态持续，两组神经元的活性都会不断升高；一旦睡眠开始，它们的活性随之下降。这说明这些神经元响应的是不断累积的生理睡眠需求，而不是简单标记动物处于清醒或睡眠状态。

上调或下调睡眠压力

为探明这些神经元仅仅是监测清醒状态，还是能够直接诱发睡眠，研究人员通过实验调控它们的活性。同时激活这两类神经元后，小鼠睡眠时间变长、睡眠更深，睡眠模式和长时间清醒后出现的代偿恢复睡眠十分相似。

抑制这两类神经元则会产生相反效果：小鼠睡眠大幅减少，能够持续保持清醒。这证明这些细胞不只是记录清醒时长，还主动将长时间清醒转化为睡眠渴求。

希尔说：“这些神经元不只是发出‘动物已经清醒很久’的信号。我们的实验证明，它们对促发睡眠至关重要，很可能是产生睡眠驱动力神经环路中的核心组分。”

睡眠中枢

该研究提供了十分直接的证据：清醒状态下活跃的神经元能够产生睡眠压力。这项研究把“产生睡眠需求”的大脑系统，和仅仅“感知、响应睡眠需求”的系统区分开来。

小鼠睡眠时间减少70%

最引人注目的结果，来自对两组神经元进行长期抑制的实验。小鼠的睡眠时间比平时减少约70%，但大部分小鼠并没有出现睡眠剥夺通常伴随的一些严重行为异常。

这个出人意料的现象提示：睡眠时长和睡眠需求之间的可分离程度，可能比过去人们设想的更高。这些神经元似乎不仅影响动物睡多久，还调控睡眠压力累积的强弱程度。

论文第一作者威廉·朱博士表示：“后续研究有望揭示这些神经元如何与大脑其他区域相互作用，以及睡眠驱动力在分子层面的生成机制。我们可以稳定调控睡眠行为，这也让我们能够探索机体对长期睡眠缺失的适应性变化。未来或许可以找到方法，提升机体对睡眠剥夺以及其他生理应激的耐受能力。”

该睡眠环路的研究意义

总而言之，本研究证实小鼠脑干的GABA能神经元与5-羟色胺能神经元是睡眠压力的主动驱动因子。在长时间清醒时，它们活性升高，并介导后续的代偿性睡眠。

搞清楚大脑如何制造这种难以抵挡的睡意，未来有助于推进睡眠障碍、慢性睡眠不足，以及生物体如何适应生理应激相关的研究。

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