只想熬夜,不想犯困?可以有!中国科学家揭示如何调控“困意”

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只想熬夜,不想犯困?可以有!中国科学家揭示如何调控“困意”

以下文章来源于学术经纬 ,作者学术经纬

现代社会里,生活节奏快、工作压力大,很多年轻人为了留出属于自己的一两个小时,常常 ” 不舍得 ” 睡觉。然而,睡眠不足会造成很多糟糕的后果,最直接的感受就是犯困。难以抵挡的困意让人上课睡着,开会睡着,甚至开车时都会睡着……

▲晚上不睡,白天崩溃丨 Pixabay

近日,顶尖学术期刊《科学》在线发表了一篇关于睡眠的最新研究。来自中科院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)的徐敏研究组与北京大学李毓龙研究组,合作揭示了” 困意 ” 究竟是如何在脑中产生的。

科学家们在小鼠的大脑中找出了调控困意的神经元,减少这些神经元后,小鼠每天需要的睡眠时间大大减少——相当于人类每天可以少睡 1.5 小时,而且还不会犯困!

研究人员指出,睡眠行为的核心特征是 ” 睡眠稳态调控 “:随着清醒时间延长,困意逐渐增加,最终导致睡眠;而睡眠是困意被逐渐清除的过程。

根据多年来的研究,目前普遍认为,困意与一种叫 ” 腺苷 ” 的分子不断积累有关。腺苷是细胞能量分子三磷酸腺苷(ATP)的 ” 副产物 “。大体来说,清醒越久,ATP 不断消耗,细胞外的腺苷分子越多,它们与相应的受体相结合,抑制了神经活动,于是人就越来越困。

▲咖啡因能阻止腺苷与腺苷受体的结合,因此喝咖啡有助于续命促进清醒丨 Pixabay

不过,大脑究竟是怎么调控腺苷分子的释放和积累的?过去限于技术手段,人们了解得很少。

在这项研究中,李毓龙教授开发了一种新型的遗传编码的腺苷探针,观察探针荧光强度的变化就可以知道胞外腺苷浓度的变化。据介绍,传统检测方法每 10 分钟才能测一下腺苷浓度,而新方法可以看到 0.1 秒之内发生的快速变化。

借助这种技术手段,研究人员针对小鼠的基底前脑区(basal forebrain,简称 BF 区)——大脑中调控睡眠 / 觉醒的关键部位,观察了胞外腺苷浓度的变化。

▲利用遗传编码的腺苷探针,可以观察到在不同睡眠状态时基底前脑区的胞外腺苷浓度有快速的变化丨参考资料 [ 1 ]

观察到的这些现象提示,神经元活动与腺苷浓度变化密切相关。

因此,徐敏研究员领衔的团队进一步利用钙成像和光遗传学等技术,在基底前脑区找到了负责调控腺苷释放的两类神经元:乙酰胆碱能神经元和谷氨酸能神经元。并且首次发现,谷氨酸能神经元的活动是引起胞外腺苷积累的主要原因。

那么,如果让这些谷氨酸能神经元不起作用,减少腺苷的积累,可以减少困意吗?为了检验这种猜测,研究人员设法损毁了小鼠基底前脑区的谷氨酸能神经元。他们发现,小鼠清醒的时间显著增加。相比对照组,这些小鼠全天可以少睡 20% 的时间,整个晚上(对它们来说相当于人类的白天)几乎完全不犯困。

▲特异损伤基底前脑区谷氨酸能神经元可降低胞外腺苷水平,并明显增加小鼠的清醒时间丨参考资料 [ 1 ]

综合这些结果,研究人员指出,在长时间清醒而积累困意的过程中,大脑基底前脑区的谷氨酸能神经元,扮演了重要的角色。这些神经元既维持和促进了觉醒,又通过刺激腺苷释放导致了困意增加。

尽管在目前,研究人员仅仅采用了有创伤性的干预方式来调控睡眠,但这组神经元提供了一个潜在靶点,未来或许可以用于治疗睡眠相关问题。

也许在不远的将来,科学家们基于这个发现,能开发出一种新的药物或简便的干预方式,让我们能够更灵活地调节自己的睡眠时间,并避免犯困造成的危险。这对于想要多出一些时间的人来说,肯定是一个福音。

题图来源:Pixabay

参考资料

[ 1 ] Wanling Peng et al., ( 2020 ) Regulation of sleep homeostasis mediator adenosine by basal forebrain glutamatergic neurons. Science. DOI: 10.1126/science.abb0556

[ 2 ] 中科院发现谷氨酸能神经元对睡眠稳态调节的重要作用 . Retrieved Sep. 4, 2020, from http://www.cebsit.cas.cn/xwen/zhxw/2020n/

本文经授权转载自学术经纬(ID:Global_Academia),原标题为 ” 今日《科学》:只想熬夜,不想犯困?可以有!徐敏 / 李毓龙团队揭示如何调控 ” 困意 “”,如需二次转载请联系原作者

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