为什么我们需要睡眠?

时间：2018-01-20 12:34    来源：凤凰网科技  

 　　

 

　　Natalie Andrewson

　　位于日本筑波的国际综合睡眠医学研究所是一个只有五年历史的年轻研究所，但它已成功吸引了全球120多位各个领域的优秀研究人员的加入。研究所的所长Masashi Yanagisawa 获得了日本政府资助，在筑波大学建立了一个大型的睡眠研究基地。

　　在这里，他们的研究重点并非那些常见的导致睡眠问题的原因及疗法，而是与睡眠相关的基础生物学。科研所里硬件设施配备优越，有着大量高精尖的科研设备，安静的专供小鼠睡眠的研究室，以及与螺旋梯融合在一起的宽敞的工作空间。斥巨资打造的一个这样的科研中心，目的就是为了能集中最优资源来探讨生物为何需要睡眠这一基础大问题。

　　睡眠于我们而言是如此熟悉和普遍，但它背后所蕴含的科学却又如此神秘。即使是简单得像水母一样的动物，在被迫“熬夜”后，也会需要休息更长的时间来恢复“熬夜”所带来的疲劳。而且这种弥补性睡眠不仅出现在水母和人类身上，还普遍存在于整个动物王国中。

　　生物学家将这种需求称为“睡眠压力”：熬夜太晚，会加重睡眠压力。晚上的昏昏欲睡感，是因为白天的清醒状态在持续的累积睡眠压力。但“睡眠压力”这一概念就如同物理学中的“暗物质”一样，我们并不知道它是什么，又具有怎样的性质。

　　越深入思考睡眠压力，就会发现等待我们去揭示的谜团有很多很多。例如，什么东西在清醒状态中积累，在睡眠过程中释放?睡眠压力像是一个计时器一样吗?或者是每天累积的某种需定时清理的分子?又或者是某种锁在大脑内的计时装置，每晚都在等待被清零?

　　换句话说，Yanagisawa 问道，“睡眠的物质基础是什么?”

　　从生物学角度对睡眠压力的研究始于一个多世纪以前。其中一位法国科学家曾完成的实验尤为著名：他让狗保持十天以上的清醒状态，然后从它的大脑中抽取出液体，再将得到的液体注入正常的得到良好休息的狗的大脑中，发现休息好的狗在被注入提取液后会迅速入睡。在被剥夺睡眠的状态下，导致了某种物质在这些液体中的累积，让狗狗昏昏欲睡。那么这个墨菲斯(睡神)的小帮手究竟是什么物质呢?科学家称这种未知物质为催眠激素(hypnotoxin)，对催眠激素的性质的探索或许有助于揭示为何动物会瞌睡。

　　到了20世纪上半叶，研究人员可以运用更先进的脑电图技术，对睡眠中的大脑内部情况进行监视。通过脑电图他们发现，大脑在睡眠过程中并非处于“关机状态”，而是有一个明确的例行程序。随着眼睛的闭合和呼吸的加深，清醒时脑电波描记器上显示的激烈波动，会变成长长的初期睡眠波形。大约过了35到40分钟，新陈代谢减慢、呼吸变得均匀，此时睡着的人已不会轻易醒来。接着，再过一段时间后，大脑活动似乎出现反转，波形又开始变得小而紧凑：这时睡眠者进入了梦境的快速眼动(REM)状态。在一遍又一遍地重复这个循环后，睡眠者最后会在快速眼动的结尾中醒来。

　　睡眠压力能改变这些脑电波。睡眠越少的受试者，睡眠越慢，在快速眼动开始之前的波形越大。科学家在许多动物实验中都观察到这种现象，包括鸟类、海豹、猫、仓鼠和海豚等。

　　如果你需要更多的证据，来证实睡眠并非一个被动的节能状态，可以参考那些从冬眠中醒来仍会犯困的动物。它们从睡梦中得到的，并不能在冬眠过程中获得。尽管在冬眠时它们体内的每一个反应几乎都放慢了速度，但睡眠压力仍在堆积。新研究所的研究员Kasper Vogt 看着屏幕上显示的睡眠状态下小鼠的神经元放电数据说：“我想知道的是，为何睡眠压力这一大脑活动会如此重要?重要到对足以让动物愿意冒着被吃掉的风险、消耗大量可用来生育和猎食的时间?”

　　

Jessica Florence

　　催眠激素的寻找之路并非不成功。科学家已确认部分能导致睡眠的物质，其中包括一种叫做腺苷(adenosine)的分子，在小鼠清醒的状态下，这种分子似乎会在小鼠脑中的某些位置聚集，然后再在睡眠过程中流失。腺苷非常有趣，因为它似乎是咖啡因进入体内后所作用的受体。当咖啡因与之结合，腺苷便不能聚集，从而赋予咖啡提神的能力。但对催眠激素的研究还并不能完全解释身体是如何记录睡眠压力的。

　　那么，腺苷从何而来?没有人知道。有人说是来自神经元，也有人说这是另一类脑细胞……对此学界还没能达成任何共识。但Yanagisawa 认为，无论如何，它们都不用于储存。换句话说，这些物质本身似乎并不关乎睡眠压力的储存，只在于如何应对。

　　睡眠诱导物质可能来自神经元间建立新连接的过程。美国威斯康星大学从事睡眠研究的科学家Chiara Cirelli 和Giulio Tononi 认为，创建这些连接或突触是大脑清醒阶段的功能，那么也许在睡眠过程中，大脑所做的就是减少不重要的内容，例如消除某些记忆，或对其不具有意义的信息。Tononi 推测说：“睡眠是以一种对大脑有益的方式来消除记忆的。”另一研究团队发现了一种蛋白质，能进入很少使用的突触，导致突触被破坏，并且有时这种蛋白质能在腺苷水平高的情况下也做到这一点。这或许就意味着睡眠的目的是让清理发生。

　　跟睡眠相关的生物学仍存有大量的未知信息。筑波研究所的研究员Yu Hayashi 领导的研究团队，正在进行将小鼠脑中的一组特定脑细胞摧毁的研究，并期待这一实验能产生惊人的效果。当小鼠即将进入睡眠状态时，尤其是处于快速眼动睡眠时，研究人员就反复地将它们弄醒。这能导致严重的快速眼动睡眠压力，消除这些睡眠压力需要小鼠在下次睡眠中用更长的睡眠时间来进行弥补。但是如果没有这套特定的细胞，小鼠或许能跳过快速眼动睡眠，且不需要在下一次睡眠中进行补偿。不过，小鼠是否能在这样的试验下完全不受伤害是另一个需要探讨的问题。

　　Yanagisawa 和他的合作者在发现一种名为食欲素(orexin)的神经递质后，意识到缺少食欲素的小鼠之所以会一直崩溃的原因是它们正在入睡。这种神经递质正是发作性嗜睡症患者所缺失的。这一发现对针对这类疾病展开的基础研究有着非常大的帮助。筑波研究所的一群化学家正在与一家制药公司合作，研究食欲素模拟物的治疗潜力。

　　近来，Yanagisawa 正开展一项旨在识别与睡眠有关的基因的大型筛选项目。项目中的每一只小鼠都暴露于会引起突变的物质下，每只小鼠都配有自己的脑电图传感器，已有8000多只小鼠在观察中进入睡眠状态。

　　如果哪只小鼠的睡眠状态比较奇怪，例如醒来的次数过多，或睡眠时间过长，研究人员就会深入研究它们的基因组。如果突变可能是造成这一现象的原因，他们就会试图对携带它的小鼠进行基因工程，然后研究这种突变为何能破坏睡眠。

　　几年前，这个小组发现了一只似乎无法摆脱睡眠压力的小鼠。它的脑电图结果显示它一直过着疲惫不堪的生活，而通过基因工程被设计为携带这种突变的小鼠也表现出了相同的症状。Yanagisawa 说：“携带这种突变体的小鼠比正常情况下有着更多高振幅的睡眠波形。它永远处于睡眠不足的状态。”这一突变位于一个叫做SIK3的基因中。突变体保持清醒的时间越长，SIK3蛋白质积累的化学标记就越多。研究人员将SIK3和另一种睡眠突变体的发现发表于2016年的《自然》杂志中。

　　尽管我们尚不完全清楚SIK3与睡眠之间的关系，但它却是一个让研究人员为之兴奋的发现。Yanagisawa说：“对于我们而言，可以确信的是SIK3是其中一个非常重要的角色。”

　　当科学家探究睡眠背后的神秘疑团时，这一次次的发现就如同黑夜中的烛光，指引着他们继续前行。如何将这些零散的发现联系起来，拼凑成一幅更大的图景，是科学家们正为之努力的目标。或许这一天很快就会到来。

　　在筑波研究所里的生活、睡眠、做梦的那一群小鼠的脑中，正封印着人类一直梦想解开的一个巨大的秘密，而这也是我们自己的秘密。

█请返回商务财经网新闻首页>>>>>