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最新的Nature《自然》雜志研究揭示了睡眠的另一個重要功能:幫助大腦“重置”。在我們清醒的時候,大腦要處理和協調各種信息,這就需要神經元之間形成復雜的連接以傳遞信息。
這些連接需要消耗大量能量,根據突觸穩態假說,清醒時突觸的增加不是無限的,否則既不利于學習新事物,也太消耗能量。而睡眠階段,大腦會減少和斷開一些突觸,尤其是興奮性的突觸。
為了觀察睡眠時的神經元活動,研究者選擇了透明的斑馬魚作為模型,通過基因工程標記了它們的突觸,方便觀察。他們發現,在24小時的周期中,斑馬魚的突觸活動會有變化,白天數量增加,夜間則減少。
我們知道,睡眠對生存至關重要,睡眠不足會影響第二天的精神狀態,比如打盹、思維緩慢、反應力下降。此外,大腦對缺覺非常敏感。
其實,睡覺時大腦并沒有完全休息,它還在進行一些復雜的活動,幫助大腦從白天的繁雜工作中恢復過來。比如,類淋巴系統會將干凈的腦脊液沖進大腦,將白天的廢物帶走,減少對神經細胞的損傷。
根據對斑馬魚神經元的分析,研究發現,2型神經元的突觸在白天增加,在夜間減少,4型神經元的突觸也是如此。這種變化讓突觸達到一個穩定、平衡的狀態。
研究還發現,突觸平衡過程的發生取決于睡眠壓力,也就是多久沒睡覺。對睡眠的需求越強烈,突觸清除事件就越顯著。反之,如果睡眠需求不高,即使通過藥物誘導睡眠,突觸數量也不會減少,反而會增加。
研究者還進行了一種溫和的手動睡眠剝奪實驗,使斑馬魚幼體在夜間保持清醒4小時。結果發現,在睡眠剝奪后的恢復期,神經元的突觸丟失率提高到每小時2.2個。
研究的通訊作者Jason Rihe教授說:“如果這種模式能在人類中得到確認,那就說明午休短暫的休息對突觸平衡沒有太大作用,必須在晚上睡眠需求高的時候睡一覺。”他們還發現,在斑馬魚的夜間睡眠階段的前半段,會觀察到突觸清除現象,而在后半段則沒有變化。
研究者認為,這種突觸清除有助于第二天形成新的突觸連接,為學習新事物做好準備。還有一些其他作用,比如細胞損傷修復,這可能需要在后半段睡眠中完成,更多研究需要解開這個謎團。
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