《Current Biology》睡眠不足如何改变大脑的连接

现在，一项对小鼠的研究表明，其中一些影响可能源于脑细胞相互连接方式的变化。

在今天发表在《Current Biology》上的一篇论文中，研究人员表明，仅仅几个小时的睡眠剥夺就会减少大脑中与学习和记忆有关的区域中不同类型突触的数量——神经元交汇的地方。研究小组表示，这些发现暗示了一种新颖的睡眠方式，可以帮助我们保持敏锐。

华盛顿州立大学(Washington State University)的神经科学家Marcos Frank没有参与这项研究，他说，这项研究“是一项技术绝技”。尽管如此，他和其他人警告说，尚不清楚这一结果是否解释了睡眠剥夺的令人不快的副作用。

神经细胞通过突触上的化学物质相遇并交流，从而使信号在神经系统中传播。人类大脑中有数万亿个这样的连接，形成并重新排列捕获和存储信息的神经元回路。各种各样的理论试图援引这些联系来解释睡眠和记忆之间的关系。21世纪初的一个众所周知的观点认为，当我们睡觉时，大脑中突触的强度会下降，这对于保存能量和让大脑为第二天编码新信息做好准备很重要。

但是爱丁堡大学的神经学家Seth Grant说，这些理论通常认为突触是相对统一的。在过去的几年里，他的团队和其他人发现突触的多样性令人惊讶。它们的区别不仅在于它们用来传递信号的化学物质或神经递质的类型，而且在于它们周围神经元中存在的蛋白质的结构和组成。

格兰特和他的同事们之前开发了一种技术，可以对整个大脑的这种多样性进行快照。首先，他们对小鼠进行基因改造，使其产生两种荧光蛋白，这两种蛋白是在突触中产生的，PSD95和SAP102，它们将神经元内的许多其他蛋白质结合在一起。然后，他们用显微镜对这些小鼠的大脑进行成像，并根据是否存在PSD95、SAP102或两种蛋白质将每个突触分为三种类型。将这些信息与每个突触的大小和结构、每种蛋白质的浓度以及蛋白质循环的速度相结合，他们得出了总共37种不同的亚型。

在目前的研究中，格兰特和他的团队调查了这组突触——研究人员称之为“突触组”——如何随着睡眠剥夺而变化。为了做到这一点，他们比较了正常睡眠的小鼠和那些被研究人员用刷子轻轻地戳它们或轻敲它们的笼子，让它们多睡6个小时的小鼠。大脑图像显示，尽管突触总数保持相对恒定，但在睡眠不足的动物中，突触亚型的多样性下降了，尤其是在大脑中与学习和记忆有关的两个区域:皮层和海马体。特别是，快速循环蛋白质的突触数量减少，而缓慢循环的突触数量增加。

目前尚不清楚睡眠不足是如何导致这种转变的，尽管格兰特指出，之前的一些研究表明，睡眠不足会减缓细胞中蛋白质的合成。他说，总的来说，研究结果表明，睡眠在保持大脑中与记忆相关区域的突触多样性方面起着重要作用，这也许有助于解释为什么当我们在床上睡得时间不够时，记忆会受到影响。

伦敦大学学院(University College London)的神经科学家Jason Rihel没有参与这项研究，他补充说，之前的大多数研究根本无法理清突触之间的差异，更不用说显示它们在睡眠剥夺时如何在整个动物大脑中发生变化了。然而，他和其他研究人员表示，这些变化是否能解释为什么我们在一夜不睡后感觉糟糕，或者为什么我们首先需要睡眠，还有待观察。

哈佛医学院的神经生物学家Dragana Rogulja没有参与这项新研究，他说:“最大的困难是整理(大脑中的所有这些变化)，找出与功能相关的东西。”她补充说，研究小组论文中的其他数据表明，尽管突触组随着睡眠剥夺而变化，但它在正常的睡眠-觉醒周期中相对稳定，这引发了一个问题，那就是在正常的一天中是什么维持了突触组。

Frank同意，目前还不清楚这些发现对解释睡眠的功能有多重要。“我认为保持突触多样性是睡眠之谜的答案吗?”还没有。但我对这种新颖的视角很感兴趣。”