蜥蜴揭示人类睡眠奥秘

来源: 中国科学报 / 作者: 2020-02-14
0 0

本报讯 寻找睡眠起源的科学家,或许已经在澳大利亚鬃狮蜥的身上找到了重要线索。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进行关联,科学家发现,在脊椎动物进化过程中,睡眠的出现比之前想象得要早。

据《科学》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睡眠铺平道路。

未参与此次研究的美国艾伦研究所神经学家 Stephen Smith 表示:“这项研究提出和重新构建的问题,其答案对包括临床诊断在内的很多方面都非常重要。”

哺乳动物和鸟类有两种睡眠。在快速眼动睡眠(REM)期间,眼球会不停转动,脑电波频率变快,人类处于这种睡眠状态时会做梦。在 REM 之间是慢波睡眠,此时大脑活动减弱,电活动同步进行。一些研究表明,这种脑活动不太强烈的睡眠状态,可能有助于记忆的形成和存储。

那么,睡眠研究是如何与蜥蜴联系起来的呢?

2016 年,德国马克斯 · 普朗克学会脑研究所的神经学家 Gilles Laurent 发现,爬行动物也有上述两种睡眠。他和同事报告说,每隔 40 秒,鬃狮蜥就会在两种睡眠状态之间进行切换。

没有人知道大脑的哪一部分驱动了哺乳动物、鸟类或爬行动物的慢波睡眠模式。因此,Laurent 研究小组用电极追踪了鬃狮蜥脑切片中与慢波睡眠相关的电活动(这种电活动通常在主体死亡后仍能持续)。他们很快就瞄准了背侧脑室脊的一小部分,这个区域位于蜥蜴大脑前部,直到现在科学家也没有发现它的功能。

Laurent 的博士后 Maria Tosches(现为哥伦比亚大学助理教授)和两名研究生一直在测定蜥蜴大脑不同部位细胞的基因活性,将其与小鼠大脑的基因活性进行比较,并有了意外发现。

他们发现,爬行动物脑区的一组基因产生了慢波模式,该区域与小鼠的屏状体(又名屏状核)非常相似。屏状体是一种不规则的神经结构,深藏大脑之中,与整个前脑连接。这种相似性表明爬行动物大脑中也有屏状体存在。

加州大学伯克利分校神经学家 Yang Dan 正在研究小鼠大脑中的睡眠回路:“屏状核一直是个谜。” 其他研究者认为它是意识的来源,但很少有人意识到它对睡眠的重要性,而且也没有人认为它会存在于爬行动物中。

Laurent 团队对该神经区域可与睡眠联系起来感到非常兴奋,他们跟踪了这种假定屏状体与蜥蜴大脑的其他部分的联系。Laurent 团队在《自然》上报告说,就像哺乳动物的屏状体一样,这个假定屏状体与蜥蜴大脑的许多部分相连,包括与睡眠有关的区域。当他们破坏屏状体时,蜥蜴仍处于睡眠状态,但不再产生慢波睡眠。

“这篇论文真的明确了慢波的起源。”Dan 说。

Laurent 勾画出一个较为合理的慢波睡眠设想:在爬行动物(可能也包括其他脊椎动物)中,屏状体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作出反应。它会产生慢波模式并将其传输到大脑其他部位。

Laurent 研究小组还在爬行动物远亲——黄腹滑龟的脑中发现了屏状体,由此研究人员认为,该大脑区域早于爬行动物的进化。Laurent 说,这项新研究表明,屏状体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生活的年代。

索尔克生物研究所计算神经学家 Terrence Sejnowski 说,这意味着屏状体在哺乳动物,特别是人类睡眠中的作用应该得到重视。

Smith 说:“如果屏状体对爬行动物的睡眠很重要,那么它对人类的睡眠(和睡眠障碍)同样重要。”不管研究人员在这条路上走了多远,这项新的工作使人们回到本源,意识到研究不同物种睡眠的价值,同时也揭示了爬行动物是如何成为脊椎动物大脑进化 “主要窗口” 的。(徐锐)

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-1993-6

声明:本网所有文章(包括图片和音视频资料)系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源和作者,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(edit@bio360.net ),我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点,不代表本站立场。

文章评论(0)
使用匿名身份评论
  • 暂无评论,请抢占。