本文來自微信公眾號：神經(jīng)現(xiàn)實(shí)（ID：neureality），本文整理自神經(jīng)現(xiàn)實(shí)對話徐敏（中科院神經(jīng)所研究員）的內(nèi)容，采訪：大白（原文刊載于神經(jīng)現(xiàn)實(shí)和《信睿周報(bào)》聯(lián)合推出的“腦科學(xué)·特輯”），原文標(biāo)題：《對話中科院神經(jīng)所研究員徐敏：睡掉人生三分之一，是在浪費(fèi)生命嗎？》
能向我們的讀者介紹一下您的研究方向嗎？
徐敏：我的研究如果用一句話概括，就是我們想知道“我們?yōu)槭裁葱枰?？”。要揭曉這個(gè)問題的謎底，我們至少需要研究清楚兩個(gè)最基本的問題：
睡眠行為的主要功能是什么？
睡眠-覺醒周期是如何被調(diào)控的？
我們希望通過對睡眠領(lǐng)域這兩個(gè)最基本問題的回答，更好地理解睡眠的本質(zhì)?，F(xiàn)代社會中，睡眠相關(guān)疾病種類繁多且發(fā)病率逐年增高，最常見的一種就是失眠。遺憾的是，目前對于這些疾病我們還沒有很好的治療方案。我們也希望通過我們對睡眠行為的深入理解，最終能為臨床上大量睡眠相關(guān)疾病的治療提供一些理論基礎(chǔ)和參考思路。
為什么睡眠研究如此重要？
徐敏：我想這個(gè)問題可以從兩個(gè)方面來回答。
第一，睡眠在動物界是極其普遍的一種行為。低等如水母，高等如人類，只要是活的動物，就有睡眠或者類似睡眠現(xiàn)象的存在。這從側(cè)面反映了睡眠行為的重要性。我比較認(rèn)同芝加哥大學(xué)睡眠生物學(xué)家Allan Rechtschaffen的一句話：“如果睡眠行為沒有至關(guān)重要的作用，那它將是生物進(jìn)化史上最嚴(yán)重的一個(gè)錯(cuò)誤”。
試想一下，如果睡眠行為沒有重要的功能，動物豈不是無端將自己長時(shí)間置于被動且危險(xiǎn)的境地？我們?nèi)祟愗M不是白白浪費(fèi)了三分之一的人生？遺憾的是，雖然人們很早就推測睡眠極有可能存在重要的功能，但我們現(xiàn)在仍不清楚這個(gè)功能具體是什么。由此觀之，研究我們?yōu)槭裁葱枰吆苡斜匾?/p>
第二，從人類健康的角度來講，睡眠障礙是一類越來越常見的疾病，也給社會帶來了越來越沉重的負(fù)擔(dān)。舉個(gè)例子，據(jù)統(tǒng)計(jì)有20%的車禍原因與睡眠問題相關(guān)，在美國每年的經(jīng)濟(jì)損失超過1000億美元。目前我們對于大多數(shù)睡眠障礙并沒有特效療法，一個(gè)主要的原因就是我們對大腦調(diào)控睡眠-覺醒機(jī)制的理解還不夠透徹。從這個(gè)角度上講，睡眠基礎(chǔ)研究的開展也具有重要的臨床意義和社會價(jià)值。
關(guān)于睡眠的生物學(xué)基礎(chǔ)，到目前為止都有哪些發(fā)現(xiàn)？
徐敏：盡管我們對睡眠科學(xué)最基本的兩個(gè)問題還沒有明確答案，我們已經(jīng)在理解睡眠行為的很多方面取得了一系列進(jìn)展。比如，我們發(fā)現(xiàn)睡眠-覺醒調(diào)控兩個(gè)最基本的過程是睡眠穩(wěn)態(tài)和生物節(jié)律調(diào)控。其中，睡眠穩(wěn)態(tài)是睡眠-覺醒周期最重要的特質(zhì)，描述了睡眠-覺醒之間的動態(tài)平衡。通俗地講，睡眠穩(wěn)態(tài)就是隨著覺醒時(shí)間的延長，我們的睡眠壓力（想睡覺的需求）越來越大；而隨著睡眠時(shí)間的延長，我們釋放的睡眠壓力也越來越多。
一些代謝分子和細(xì)胞內(nèi)的生化過程可能介導(dǎo)了覺醒期間睡眠壓力的升高。另一方面，我們也知道大腦內(nèi)特定腦區(qū)的神經(jīng)活動參與了睡眠-覺醒的調(diào)控——有些腦區(qū)對于維持覺醒至關(guān)重要，還有些腦區(qū)對于睡眠的起始和維持很重要。此外，我們還知道大腦在睡眠過程中并不是“關(guān)機(jī)”了，而是非常活躍地在處理一些任務(wù)，比如細(xì)胞修復(fù)、記憶鞏固等等。
這些發(fā)現(xiàn)能幫助我們解決什么問題嗎？
徐敏：比如我們知道了睡眠-覺醒調(diào)控的規(guī)律，就應(yīng)該更好地去遵循它，這樣才能擁有高質(zhì)量的睡眠。具體來說，我們知道了睡眠受到體內(nèi)生物鐘的控制，而睡前看手機(jī)、早晨光線照射等都會通過影響生物鐘的方式影響我們的睡眠。那避免這些因素的干擾，按時(shí)作息來保持體內(nèi)生物鐘的規(guī)律運(yùn)行，就是良好睡眠的關(guān)鍵之一。
再比如，我們發(fā)現(xiàn)了下丘腦的泌素（hypocretin/orexin）系統(tǒng)對維持覺醒來說很重要，因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)受損之后可能會導(dǎo)致嗜睡癥的發(fā)生。那基于這個(gè)發(fā)現(xiàn)，就可以開發(fā)基于下丘腦泌素受體抑制劑的新型促睡眠藥物。
實(shí)際中利用這些研究去解決睡眠問題的，目前似乎還很少，您覺得是什么原因阻礙了這些研究轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用呢？
徐敏：近十年來，睡眠領(lǐng)域的一大進(jìn)展是揭示了調(diào)控睡眠-覺醒的眾多神經(jīng)環(huán)路，而這些神經(jīng)環(huán)路的發(fā)現(xiàn)似乎也沒有解決多少實(shí)際的睡眠問題。在我看來，這主要有兩方面原因。一方面，科學(xué)研究在很多情況下是循序漸進(jìn)或者螺旋上升的，在轉(zhuǎn)化應(yīng)用前不可避免地需要一個(gè)積累的過程。
另一方面，與分子層面的研究相比，環(huán)路層面的研究在轉(zhuǎn)化時(shí)往往面臨更大的挑戰(zhàn)。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)了某個(gè)分子靶點(diǎn)，我們可以相對熟練地針對這個(gè)分子開發(fā)特定的藥物；但當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)了某個(gè)環(huán)路靶點(diǎn)，我們目前還很難通過無創(chuàng)的手段來對其進(jìn)行針對性的調(diào)控。
對于環(huán)路研究轉(zhuǎn)化難的痛點(diǎn)，我也在思考一些解決方法。第一，我們可以針對性地開發(fā)非侵入式神經(jīng)調(diào)控手段。第二，我們可以把環(huán)路水平與分子水平的研究結(jié)合起來。例如，我們可以尋找睡眠調(diào)控關(guān)鍵環(huán)路的特異分子靶點(diǎn)，繼而通過特異調(diào)控局部分子來實(shí)現(xiàn)環(huán)路的特異調(diào)控。目前我們研究神經(jīng)環(huán)路常用各種神經(jīng)肽作為標(biāo)記，其優(yōu)勢之一就是利于后期針對神經(jīng)肽進(jìn)行藥物研發(fā)。第三，盡管近十年來環(huán)路水平的研究開展得如火如荼，我們還是要對分子水平的研究重新重視起來。我個(gè)人更傾向于認(rèn)為睡眠-覺醒的調(diào)控本質(zhì)上是分子水平的調(diào)控，我們可能需要在這方面投入更多的研究精力。
這些發(fā)現(xiàn)能否幫助我們更深入地了解睡眠障礙？
徐敏：睡眠障礙在現(xiàn)代社會非常普遍，其中最普遍的一種就是失眠。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國有近40%的人曾遭受失眠的困擾。我認(rèn)為其中很大一部分人不是因?yàn)榛加蓄B固的慢性失眠，而是因?yàn)槿狈茖W(xué)睡眠的基本知識。這也是我作為一個(gè)睡眠基礎(chǔ)研究工作者，在研究睡眠前沿問題的同時(shí)也積極參與睡眠科普的原因。我希望通過我們的研究工作和科普活動，能讓更多的人擁有更加高效健康的睡眠。
您覺得我們還需要多久才能高效、程序化治療這些睡眠障礙呢？
徐敏：這個(gè)不容易預(yù)測。按照目前的發(fā)展趨勢，我個(gè)人覺得5~10年內(nèi)應(yīng)該會出現(xiàn)基于已有睡眠-基礎(chǔ)研究成果的一些技術(shù)手段，幫助我們提高睡眠質(zhì)量，緩解某些睡眠障礙。真正的突破性解決方案還要依賴睡眠基礎(chǔ)研究的重大進(jìn)展，我猜這個(gè)時(shí)間可能需要10~20年。
您覺得在科技足夠發(fā)達(dá)的未來，人類是否能夠改造自己的睡眠，使得我們對于睡眠的形式和需求更加靈活呢？
徐敏：我覺得還是很有可能的，雖然我們不太可能做到完全不睡覺。當(dāng)我們對大腦調(diào)控睡眠-覺醒的機(jī)制有足夠多的理解之后，我們完全可以通過提高睡眠的質(zhì)量和效率，來縮短睡眠時(shí)間，這樣就可以有更多的時(shí)間來工作、學(xué)習(xí)、或者享受生活。另一方面，我認(rèn)為一個(gè)潛在方向是實(shí)現(xiàn)更加靈活的睡眠管理。比如，由于工作或者其它需要，我們在某個(gè)時(shí)間段不能去睡覺，這樣的話，我們或許可以通過藥物或其它手段，讓我們的睡眠時(shí)間后移，在條件允許的時(shí)候再“補(bǔ)覺”。
其實(shí)，這和現(xiàn)在很多朋友喝咖啡提神是一個(gè)道理：我們工作的時(shí)候困了，但又不能立刻去睡覺，所以就通過咖啡因暫時(shí)提提神，到晚上再去睡覺。但與喝咖啡提神不同的是，在未來更加靈活的睡眠管理中，它的效率會大幅度提高，副作用也會大大降低。但這些都依賴于我們對睡眠-覺醒調(diào)控機(jī)制的進(jìn)一步理解，依賴于我們睡眠基礎(chǔ)研究的進(jìn)展。
夢和睡眠息息相關(guān)，關(guān)于夢的機(jī)制我們知道多少呢？
徐敏：夢是一個(gè)很有意思的現(xiàn)象。我們已知的是，對于人類，快速眼動睡眠時(shí)期（Rapid eye movement sleep，REM sleep）是夢的多發(fā)時(shí)期。此外，許多有關(guān)創(chuàng)傷后應(yīng)激綜合征（Post-traumatic stress disorder， PTSD）、夢游、夢魘等疾病的臨床研究也推進(jìn)了我們對夢的認(rèn)識。關(guān)于夢，我認(rèn)為最重要的兩個(gè)科學(xué)問題是：（1）夢是如何產(chǎn)生的？（2）夢的功能是什么？換言之，夢到底只是我們睡眠行為的一個(gè)副產(chǎn)物，還是存在重要功能的一個(gè)主動行為？
目前我們還對夢所知甚少，關(guān)于夢的研究進(jìn)展也相對緩慢。一個(gè)主要的原因是缺乏合適的實(shí)驗(yàn)動物模型。雖然我們可以通過肌電和腦電記錄判斷某些動物也和人一樣存在REM期，但實(shí)際上并無法確定動物是不是也會做夢。有關(guān)REM睡眠的研究還是比較多的，我們對REM的產(chǎn)生機(jī)制及其功能都有了較為深入的理解。但是正如前面所提到的，夢和REM睡眠并不等價(jià)。
這里順帶說一句，很多動物實(shí)驗(yàn)提示REM睡眠可能與記憶鞏固存在很大的關(guān)聯(lián)，其中不少實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和結(jié)果都很漂亮。同時(shí)，我們也不能忽視來自臨床的數(shù)據(jù)：大量抑郁癥患者會服用5-羥色胺再攝取抑制劑等藥物來緩解抑郁癥狀，其副作用之一就是抑制REM睡眠，導(dǎo)致部分患者的REM睡眠常年大幅降低。
有意思的是，這些病人并沒有表現(xiàn)出明顯的記憶受損。也就是說，就“REM睡眠是否對記憶鞏固有重要的作用”而言，動物實(shí)驗(yàn)結(jié)論與臨床現(xiàn)象并不相符。這是值得我們好好思考的一個(gè)問題。
您認(rèn)為有哪些與大腦相關(guān)的比喻是不恰當(dāng)或讓人誤解的？
徐敏：當(dāng)談?wù)撍邥r(shí)，一個(gè)常見的不當(dāng)比喻是“睡覺時(shí)大腦就關(guān)機(jī)了”。事實(shí)上，在睡眠過程中，大腦并非“關(guān)機(jī)”，而更像是“切換了工作模式”。舉例來說，在分子層面，許多與細(xì)胞修復(fù)相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄和蛋白合成在睡眠中都相對活躍，很可能是在修復(fù)一些覺醒期間積累的損傷。
在細(xì)胞層面，睡眠中突觸結(jié)構(gòu)被重塑，部分突觸被強(qiáng)化從而鞏固記憶，部分被弱化從而刪除無用信息，保證次日的學(xué)習(xí)能力。
在環(huán)路層面，睡眠中仍有許多腦區(qū)處于興奮的狀態(tài)，甚至睡眠本身的維持也有賴于睡眠相關(guān)環(huán)路的正常工作。此外，大腦的“夜班工作內(nèi)容”還包括腦脊液流動以清除大腦代謝廢物，腦垂體前葉分泌生長激素，海馬神經(jīng)元再現(xiàn)覺醒期海馬活動以鞏固記憶等等。
腦科學(xué)領(lǐng)域過去幾十年最令人興奮的發(fā)現(xiàn)和突破是什么？
徐敏：腦科學(xué)研究的領(lǐng)域比較廣，包括神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、行為的神經(jīng)基礎(chǔ)、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等等，這些研究在過去幾十年間有一些可喜的發(fā)現(xiàn)。與我本人工作最相關(guān)的領(lǐng)域是行為的神經(jīng)基礎(chǔ)研究。該領(lǐng)域近期的工作進(jìn)展主要基于技術(shù)手段的革新，包括大腦內(nèi)細(xì)胞的分型技術(shù)，以鈣成像為代表的光學(xué)記錄技術(shù)，大規(guī)模電生理記錄技術(shù)，光遺傳、化學(xué)遺傳學(xué)等時(shí)空特異的神經(jīng)活動操控技術(shù)等。這些技術(shù)的進(jìn)步使得對神經(jīng)活動更精細(xì)的觀察及操縱成為可能，大力推進(jìn)了我們在行為與神經(jīng)活動間相關(guān)性及因果性的研究，促成了不少有意思的發(fā)現(xiàn)。
但是從更宏觀的角度而言，近年來神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的許多新發(fā)現(xiàn)更傾向于對已知體系的查漏補(bǔ)缺，屬于“量變”，而很難稱得上是重大突破或“質(zhì)變”?？傮w而言，目前腦科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一些經(jīng)典問題還沒有明確的答案，我們要做的工作還有很多。
您認(rèn)為腦科學(xué)有哪些亟待解決的難題和挑戰(zhàn)？
徐敏：正如我對上個(gè)問題的回答，腦科學(xué)的發(fā)展目前還處于起步階段，包括神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、各種行為的神經(jīng)基礎(chǔ)、神經(jīng)系統(tǒng)的疾病等方面的許多基礎(chǔ)問題和經(jīng)典問題都還沒有明確的答案。其中最根本的原因還是大腦太復(fù)雜了，而我們目前的研究手段遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。工欲善其事，必先利其器。
短期來看，最亟待解決可能是腦科學(xué)研究工具的創(chuàng)新問題，比如如何在高時(shí)空分辨率下在體記錄大規(guī)模的神經(jīng)活動。有了強(qiáng)大的研究工具，我們可以更好地研究許多有趣的難題，比如大腦的神經(jīng)活動如何產(chǎn)生和控制了我們的睡眠、攝食、社交、決策等行為，又比如夢、幻覺、意識是如何產(chǎn)生的。
您如何看待如今研究中的方法論，尤其是您的研究領(lǐng)域？
徐敏：絕大多數(shù)的睡眠環(huán)路研究，或者更廣泛地講，絕大多數(shù)的動物行為神經(jīng)基礎(chǔ)研究，都是基于這樣一個(gè)思路——我們假定了大腦里有某個(gè)腦區(qū)或者某條神經(jīng)環(huán)路是產(chǎn)生一個(gè)特定的行為所必須的。換句話講，我們似乎總是在下意識地尋找控制特定行為的中樞。
還是以睡眠為例，一方面，我們發(fā)現(xiàn)很多腦區(qū)都對睡眠起調(diào)控作用，但沒有發(fā)現(xiàn)完全抑制哪個(gè)腦區(qū)能造成睡眠行為消失。也就是說，沒有哪個(gè)腦區(qū)是產(chǎn)生睡眠的必要條件，很可能就不存在所謂的一個(gè)“睡眠中樞”。另一方面，近年來大規(guī)模神經(jīng)記錄技術(shù)的發(fā)展，讓我們可以從一個(gè)更大的尺度上了解特定行為中大腦的活動模式。我們發(fā)現(xiàn)即使是很簡單的行為，也可以引起全腦尺度上神經(jīng)活動的改變。
以上兩方面都提示我們，過去“尋找特定行為的中心腦區(qū)”這樣的簡單思路可能存在一定的局限性。同時(shí)，單一行為引起大范圍腦活動改變的現(xiàn)象也給我們帶來了新的挑戰(zhàn)：這些神經(jīng)活動到底意味著什么？大腦如何對這些行為編碼？我覺得這些都值得我們好好思考。
腦科學(xué)方面的大型合作，例如中國腦計(jì)劃，歐洲人腦計(jì)劃，美國腦連接組計(jì)劃，能多大程度上幫助我們的研究工作？
徐敏：大規(guī)模的科學(xué)計(jì)劃往往能大力推進(jìn)我們的研究工作，不僅能為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供充足的經(jīng)費(fèi)支持，吸引大批優(yōu)秀人才，還可以通過集中力量、合作分工來高效解決一些特定、明確的科學(xué)問題。另一方面，我們也不能忽視很多獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室的自由探索工作對推動科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)展的貢獻(xiàn)。因此，我們在開展大科學(xué)計(jì)劃的時(shí)候，也應(yīng)當(dāng)兼顧支持自由探索類的科研活動。
您如何看待腦科學(xué)研究在產(chǎn)業(yè)界的應(yīng)用，我們離這些應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？
徐敏：腦科學(xué)研究在產(chǎn)業(yè)界的應(yīng)用以醫(yī)療健康領(lǐng)域?yàn)橹?，比如各種疾病靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)就有可能直接或間接地為臨床診療的進(jìn)展服務(wù)。當(dāng)前類腦智能、腦機(jī)接口等相關(guān)概念比較熱門，近年來也不乏產(chǎn)業(yè)界的嘗試。就腦機(jī)接口來講，我認(rèn)為學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)況距離最終轉(zhuǎn)化應(yīng)用還是比較遠(yuǎn)的，還有許多困難需要克服，比如如何最小創(chuàng)傷地植入多功能電極，如何解碼記錄到的神經(jīng)活動等等，這些都還有很長的路要走。
您能給準(zhǔn)備進(jìn)入該領(lǐng)域的年輕學(xué)生一些建議嗎？
徐敏：腦科學(xué)是一個(gè)典型的交叉學(xué)科，需要相對多元的技能。現(xiàn)在腦科學(xué)的許多研究分支已經(jīng)進(jìn)入數(shù)據(jù)爆炸的時(shí)代，同學(xué)們?nèi)绻幸欢ǖ臄?shù)理基礎(chǔ)，掌握一些數(shù)據(jù)分析手段，學(xué)習(xí)MATLAB、python之類的編程語言，將會對你的研究工作有很大幫助。另一方面，腦科學(xué)的發(fā)展在很大程度上依賴于研究工具的進(jìn)步，所以多關(guān)注技術(shù)方法的發(fā)展，想一想這些新方法可能如何促進(jìn)你的研究工作，將對你大有裨益。
聯(lián)系客服
