關(guān)於我們?yōu)槭颤N要睡覺(jué)，多年來(lái)，科學(xué)家提出了很多想法。
有些人認(rèn)為這是一種節(jié)約能量的方法。其他人提出，睡眠為大腦提供了清除細(xì)胞廢物的機(jī)會(huì)。還有一些人認(rèn)為，睡眠只是迫使動(dòng)物靜靜地躺下來(lái)，讓它們可以躲過(guò)捕食者。
週四在《科學(xué)》(Science)期刊上發(fā)表的兩篇論文為另一個(gè)觀念提供了證據(jù)：我們睡覺(jué)是為了忘記每天所學(xué)到的一些東西。
為了學(xué)習(xí)，我們必須增加大腦神經(jīng)元之間的連接，或者叫突觸。這些連接使神經(jīng)元能夠快速有效地在彼此之間發(fā)送信號(hào)。我們就是在這些網(wǎng)路之中存儲(chǔ)新的記憶。
2003年，威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校的生物學(xué)家朱利奧·托諾尼(Giulio Tononi)和基婭拉·奇雷利(Chiara Cirelli)提出，突觸在白天生長(zhǎng)得非常激烈，令大腦電路變得「嘈雜」。當(dāng)我們睡覺(jué)時(shí),大腦得以減少連接，這樣真正的信號(hào)才可以超過(guò)噪聲。
在此之後的幾年裡，托諾尼博士和奇雷利博士與其他研究者發(fā)現(xiàn)了大量間接證據(jù)，支持這一所謂的突觸自穩(wěn)態(tài)假說(shuō)。
比如，事實(shí)證明，神經(jīng)元可以修剪它們的突觸——至少是在實(shí)驗(yàn)室裡。在對(duì)神經(jīng)元叢進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)時(shí)，科學(xué)家給它們一種藥物，刺激它們生長(zhǎng)額外的突觸。之後，神經(jīng)元削減了一些生長(zhǎng)。
其他證據(jù)來(lái)自大腦釋放的電波。在深度睡眠期間，電波減慢。 托諾尼博士和奇雷利博士認(rèn)為，這種變化是由突觸縮小帶來(lái)的。
四年前，托諾尼博士和奇雷利博士得以通過(guò)觀察突觸本身來(lái)檢驗(yàn)他們的理論。他們獲得了一種用於腦組織的切片機(jī)，用它從小鼠的大腦上得到超薄切片。
該實(shí)驗(yàn)室的助理科學(xué)家路易莎·德·維沃(Luisa de Vivo)對(duì)這些從小鼠大腦取出的組織進(jìn)行了精心研究，一些小鼠是醒著的，其他一些處?kù)端郀顟B(tài)。她和同事們確定了6920個(gè)突觸的大小和形狀。
他們發(fā)現(xiàn)，睡眠小鼠腦中的突觸比清醒小鼠的突觸小18％?！刚w而言，那個(gè)巨大的變化頗為驚人，」托諾尼博士說(shuō)。
第二項(xiàng)研究由約翰霍普金斯大學(xué)博士後研究員格雷厄姆·H·迪林(Graham H. Diering)領(lǐng)導(dǎo)。迪林博士和同事們通過(guò)研究小鼠腦中的蛋白質(zhì)來(lái)探索突觸自穩(wěn)態(tài)假說(shuō)。「我真的是從這種細(xì)節(jié)出發(fā)來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題的，」迪林博士說(shuō)。
在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，迪林博士和同事們創(chuàng)建了一個(gè)小窗口，通過(guò)它可以窺看小鼠的大腦。然後，他和同事們?cè)谛∈蟠竽X內(nèi)添加了一種化學(xué)物質(zhì)，能夠點(diǎn)亮腦突觸上的表面蛋白。
透過(guò)窗口，他們發(fā)現(xiàn)，在睡眠期間突觸表面蛋白的數(shù)量下降。如果突觸縮小，這種下降就應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)。
迪林博士和同事們隨後開(kāi)始尋找這種變化的分子觸發(fā)因素。他們發(fā)現(xiàn)，在突觸內(nèi)，有數(shù)百種蛋白質(zhì)在夜間增加或減少。但有一種名為Homer1A的蛋白質(zhì)格外突出。
在對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行的早期實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，Homer1A被證明在突觸減少過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。迪林博士想知道它是否在睡眠中也很重要。
為了發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，他和同事研究了經(jīng)基因工程改造、不能製造Homer1A蛋白的小鼠。這些小鼠可以像普通小鼠一樣睡覺(jué)，但是它們的突觸不像在普通小鼠中那樣改變其蛋白質(zhì)。
迪林博士的研究表明，睏倦引發(fā)神經(jīng)元製造Homer1A，並將其運(yùn)送到突觸。當(dāng)睡眠開(kāi)始時(shí)，Homer1A也打開(kāi)了它的修剪機(jī)制。
為了觀察這種修剪機(jī)制如何影響學(xué)習(xí)，科學(xué)家對(duì)普通小鼠進(jìn)行了記憶測(cè)試。他們把這些動(dòng)物放在一個(gè)房間裡，如果它們走到地板的某一部分，就會(huì)受到輕微的電擊。
當(dāng)天晚上，科學(xué)家將一種化學(xué)物質(zhì)注入若干小鼠的腦中。在實(shí)驗(yàn)室中，這種化學(xué)物質(zhì)已被證明可以阻止神經(jīng)元減少其突觸。
第二天，科學(xué)家把所有小鼠都放回之前所在的房間。兩組小鼠大部分時(shí)間都是一動(dòng)不動(dòng)，恐懼地回憶起電擊的記憶。
但當(dāng)研究人員把老鼠放入不同的房間，他們看到了很大的區(qū)別。普通組的老鼠好奇地到處嗅著。另一邊，在睡眠期間被阻止減少大腦突觸的小鼠再次一動(dòng)不動(dòng)。
迪林博士認(rèn)為，受注射的小鼠不能把記憶縮小到它們?cè)馐茈姄舻奶囟ǚ块g範(fàn)圍內(nèi)。沒(méi)有夜間的修剪，它們的記憶最後變得模糊。
在他們自己的實(shí)驗(yàn)中，托諾尼博士和同事們發(fā)現(xiàn)，修剪並不是針對(duì)每個(gè)神經(jīng)元。1/5的突觸沒(méi)有改變。有可能這些突觸之中編碼了已經(jīng)良好地建立起來(lái)、且不應(yīng)被修改的記憶。
「你可以用一種聰明的方式來(lái)忘記，」托諾尼博士說(shuō)。
其他研究者警告說(shuō)，新的發(fā)現(xiàn)並不能為突觸自穩(wěn)態(tài)假說(shuō)提供決定性的證據(jù)。
華盛頓州立大學(xué)斯波坎分校的睡眠問(wèn)題研究者馬科斯·G·弗蘭克(Marcos G. Frank)說(shuō)，很難判斷大腦夜間的變化是由睡眠還是生物鐘引起的?！高@是該領(lǐng)域的一個(gè)普遍問(wèn)題，」他說(shuō)。
俄亥俄睡眠醫(yī)學(xué)研究所(Ohio Sleep Medicine Institute)的馬庫(kù)斯·H·施密特(Markus H. Schmidt)說(shuō)，雖然大腦可能在睡眠期間修剪突觸，但他質(zhì)疑這一點(diǎn)是否是睡眠存在的主要原因。
「這項(xiàng)工作很好，」他談起這項(xiàng)新研究時(shí)說(shuō)，「但問(wèn)題是，這是睡眠的功能之一，還是它的主要功能？」
不僅大腦，許多器官在睡眠時(shí)的功能似乎都不一樣，施密特博士指出。比如腸道似乎就會(huì)產(chǎn)生許多新的細(xì)胞。
托諾尼博士說(shuō)，新的發(fā)現(xiàn)可以促使人們審視目前的睡眠藥物在大腦中發(fā)揮什麼作用。雖然它們可以讓人們感到睏意，但它們也可能干擾形成記憶所需的突觸修剪。
「你可能其實(shí)是在損害自己，」托諾尼博士說(shuō)。
在將來(lái)，睡眠藥物或許可以精確瞄準(zhǔn)參與睡眠的分子，確保突觸得到適當(dāng)?shù)男藜簟?/p>
「一旦你知道一點(diǎn)基本事實(shí)層面發(fā)生的情況，就可以得到更好的治療思路，」托諾尼博士說(shuō)。
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