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　藥明康德內容團隊編輯

　　睡眠是生存必不可少的行為，并且睡眠時長和質量不佳都會影響第二天的精神狀態，最直觀的反應便是打盹，思維緩慢和反應力下降。除了能感受到的這些“副作用”，大腦對缺覺也會非常敏感。

　　或許我們會以為睡覺的時候身體是完全靜息的，但實際上大腦中仍然開展著復雜的活動，這些活動主要幫助它從白天的繁雜工作中恢復過來，比如類淋巴系統會將干凈的腦脊液沖進大腦，然后將白天累積的廢物帶走，減少毒性物質對神經細胞的損傷。

圖片來源：Pixabay

　　而在近日《自然》雜志的一項研究中，來自倫敦大學學院的科學家發現，睡覺還有一個重要作用，那就是幫助大腦“重置”。在我們清醒的時候，大腦需要控制和協調各種輸入信號，并且給出行動指令，這就意味著許多神經元之間會產生復雜的連接來實現信息傳遞。

　　這些連接并非沒有代價，它們往往會消耗大量的能量。根據突觸穩態假說，清醒期間的突觸增加是不可能無限發生的，如果一直保持這種狀態不僅不利于學習新的事物，從能量供給上也不可持續。而睡眠就是減少和斷開突觸的關鍵階段，這種變化對于大腦中絕大多數的興奮性突觸都是存在的。

　　為了更清楚地觀察睡眠時的神經元活動，作者選取了透明的斑馬魚作為模型。他們通過基因工程選擇性地標記了斑馬魚的突觸，使其更容易成像，并在 24 小時周期中觀察突觸活動變化。

　　研究通過開、關燈來調控斑馬魚的晝夜節律，由于斑馬魚是晝行動物，充滿燈光時斑馬魚更加活躍。成像結果顯示，白天的時候突觸的數量會逐漸上升，而到了夜間突觸數量又會減少，回落到更低的水平。根據作者對斑馬魚的神經元分型，研究定義的 2 型神經元突觸平均在白天增加 15.3 個，夜間減少 17.7 個，4 型神經元的突觸平均白天增加 8.5 個，夜間減少 8.2 個。這種變化會讓突觸達到一個穩定、平衡的狀態。

　　▲ 夜間睡覺時突觸會減少（圖片來源：參考資料[1]）

　　除此之外，研究還發現了兩個關鍵特征，首先是這種突觸平衡過程是否發生取決于睡眠壓力有多大，通俗來說就是有多久沒睡覺了。個體對睡眠的需求越強烈，睡眠時就會顯著發生突觸清除事件。反之如果睡眠需求不高，即使通過藥物誘導睡眠狀態，斑馬魚的突觸數量非但不減少，還會緩慢增加。

　　研究人員采取了一種溫和的手動睡眠剝奪方案，使斑馬魚幼體在夜間開始時保持 4 小時清醒狀態，然后再進入睡眠狀態。在睡眠剝奪前后，研究人員觀察了斑馬魚幼體單個神經元的突觸變化，觀察時間點為睡眠剝奪前、睡眠剝奪后以及第二天早上。結果發現，在睡眠剝奪后的恢復期，神經元的突觸丟失率提高到l平均每小時 2.2 個突觸。

　　“假如可以在人類中確認這種模式，那就說明午休短暫的休息對突觸平衡沒有太大作用，一定要在晚上睡眠需求高的時候睡一覺才行。”研究的通訊作者 Jason Rihe 教授表示。而另一個有趣的發現是，作者只在斑馬魚的夜間睡眠階段的前半段觀察到了突觸清除現象，而在后半段則沒有變化。

　　作者指出，這種突觸清除有助于第二天產生新的突觸連接，為學習新事物做好準備。而還有一些其他作用，比如細胞損傷修復或許會在后半段睡眠中完成，這需要未來更多研究解開其中的謎團。

　　參考資料：

　　[1] Jason Rihel, Sleep pressure modulates single-neuron synapse number in zebrafish, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07367-3

　　[2] Scientists say sleep resets brain connections—but only for first few hours. Retrieved May 7, 2024 from https://medicalxpress.com/news/2024-05-scientists-resets-brain-hours.html

2024-10-08 18:36:04