蜥蜴揭示人类睡眠奥秘

资料来源:GILLIESLAURENT

寻找睡眠起源的科学家可能在澳大利亚蜥蜴身上发现了重要的线索。通过追踪蜥蜴大脑特定区域释放的与睡眠相关的神经信号,并将该区域与哺乳动物大脑的一个神秘区域联系起来,科学家发现睡眠出现的时间比脊椎动物进化中先前认为的要早。

根据《科学》杂志的报道,这项研究工作最终将揭示睡眠背后的机制,为帮助人类获得更好的睡眠铺平道路。

美国艾伦研究所(Allen Institute)的神经科学家斯蒂芬·史密斯(Stephen Smith)没有参与这项研究,他表示:“这项研究中提出和重构的问题的答案在许多方面都非常重要,包括临床诊断。”

哺乳动物和鸟类有两种睡眠。在快速眼球运动睡眠(REM)期间,眼球将继续转动,脑电波频率将变得更快。当人类处于这种睡眠状态时,他们会做梦。快速眼动之间是慢波睡眠,此时大脑活动减弱,同时电活动也在进行。一些研究表明,这种大脑活动不太强烈的睡眠状态可能有助于记忆的形成和储存。

那么睡眠研究与蜥蜴有什么关系呢?

2016年,德国马克斯·普朗克大脑研究所的神经科学家吉尔·洛朗发现,爬行动物也有上述两种睡眠。他和他的同事报告说,蜥蜴每40秒钟在两种睡眠状态之间转换一次。

没有人知道大脑的哪个部分驱动哺乳动物、鸟类或爬行动物的慢波睡眠模式。因此,劳伦特的团队使用电极来追踪阿迪安蒂狮蜥大脑切片中与慢波睡眠相关的电活动(这种电活动通常在受试者死亡后继续)。他们很快瞄准了位于蜥蜴大脑前部的侧脑室背侧脊的一小部分。直到现在,科学家们还没有发现它的功能。

劳伦特的博士后玛丽亚·托西奇(现为哥伦比亚大学助理教授)和两名研究生一直在测量蜥蜴大脑不同部位细胞的基因活性,并将其与小鼠大脑的基因活性进行比较,取得了意想不到的发现。

他们发现爬行动物大脑区域的一组基因产生慢波模式,这与老鼠的屏幕(也称为屏幕核)非常相似。耳屏是一种不规则的神经结构,隐藏在大脑中,与整个前脑相连。这种相似性表明爬行动物的大脑中也有屏幕。

加州大学柏克莱分校的神经科学家杨丹正在研究老鼠大脑中的睡眠回路:“平面状核一直是个谜。”其他研究人员认为它是意识的来源,但是很少有人意识到它对睡眠的重要性,也没有人认为它会存在于爬行动物中。

劳伦特的团队对这个神经区域可能与睡眠有关感到非常兴奋,他们追踪了屏幕和蜥蜴大脑其他部分之间的这种假定联系。劳伦特的团队在《自然》杂志上报道说,像哺乳动物屏幕一样,这个假设的屏幕与蜥蜴大脑的许多部分相关,包括与睡眠相关的区域。当他们破坏了屏幕,蜥蜴仍然在睡觉,但不再产生慢波睡眠。

“这篇论文真正阐明了慢波的起源.”丹说。

劳伦特对慢波睡眠提出了一个更合理的想法:在爬行动物(可能还有其他脊椎动物)中,屏幕不会启动或停止睡眠,而是对来自大脑深处睡眠指挥中心的信号做出反应。它产生慢波模式,并将它们传递到大脑的其他部分。

劳伦特的团队还在爬行动物远亲黄腹龟的大脑中发现了一个屏幕,这让研究人员相信大脑区域在爬行动物进化之前就存在了。劳伦特说,新的研究表明,屏幕及其在睡眠中的作用可以追溯到3.2亿年前,即鸟类、其他爬行动物和哺乳动物的祖先。

索尔克生物研究所的计算神经科学家特伦斯·塞诺夫斯基说,这意味着屏幕在哺乳动物,尤其是人类睡眠中的作用应该引起重视。

史密斯说:“如果屏幕对爬行动物睡眠很重要,那么它对人类睡眠(和睡眠障碍)也同样重要。”无论研究人员在这条路上走了多远,这项新工作都将人们带回到他们的起源,认识到研究不同物种睡眠的价值,也揭示了爬行动物如何成为脊椎动物大脑进化的“主窗口”。

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