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人类生命中的很大一部分时间都是在睡眠中度过的。但有趣的是,我们到现在都并不真正了解背后的机理。在一系列睡眠剥夺实验中,科学家发现在彻底剥夺老鼠睡眠后,所有老鼠在一个月内都死去了。而当人类在几天没有睡觉的情况下,则会开始出现幻觉,脾气暴躁,并可能引发癫痫的症状。
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为什么睡眠这么重要?
目前为止,越来越多的科学家们,
在这个世纪难题上提出了自己的想法。
研究发现,如果学生在学习后好好睡一觉,
第二天的记忆效果可以更好。
这似乎支持了其中一个理论——
睡眠帮助我们巩固新的记忆。
在我们醒着的时候,
大脑通过加强神经细胞之间的连接来获得新的记忆,
但是没有人知道在睡眠中这个记忆过程是如何运作的。
朱利奥·托诺尼(GiulioTononi)和他在威斯康星大学麦迪逊分校的团队在年提出了一个有趣的理论:
睡眠的目的是为了我们的大脑可以在沉睡时修剪不必要的神经连接(突触),为第二天新的记忆提供空间。
他们称之为“管家理论”(houskpingthory)——睡眠就像大脑的管家。
▲朱利奥·托诺尼教授。图源:quantamagazin.org
他们的团队在测量小鼠大脑切片中突触的大小后发现:
充分睡眠后的小鼠神经突触比睡眠前小18%,
这说明了神经元之间的突触,
在睡觉的时候被修剪过了。
如果这个“管家理论”是正确的,
那么就可以解释为什么当我们熬夜之后,
第二天更难集中精力来学习新的知识:
因为大脑没有修剪掉那些不必要的神经连接,
来为之后的学习腾出空间。
用托诺尼的话来说,
“睡眠是我们为学习所付出的代价。”
那么下一个问题来了。
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突触是如何被修剪的呢?
不久前,
托诺尼与意大利马尔科理工大学
(MarchPolytchnicUnivrsity)
的神经学家米歇尔·贝利西(MichlBllsi)合作的研究被发表在《神经科学杂志》上。
他们发现长期睡眠剥夺,
会过度激活大脑里负责清理垃圾的细胞,
加速大脑进入“吃自己”的模式。
当我们沉睡时,大脑会自行清除掉,
这一天脑内产生的垃圾和代谢物。
如同一个精心管理的屋子一样,
细胞们会分工负责把垃圾倒一倒,
家具摆摆好(饭菜烧一烧……啊呸),
以保证第二天工作的有序进行。
这个勤奋管家小队中的重要一员是:
“园艺小霸王”星形胶质细胞(astrocyt)。
他的职责包括修剪不经常被用到的突触,
从而帮助重建大脑神经元的连接。
另外一位成员——小胶质细胞(microglia),
则是一位家政管理员,
主要负责从神经系统中吞掉新陈代谢的副产物和死去细胞的碎片。
为了研究睡眠缺乏对大脑的影响,
贝利西把老鼠分成了三个实验组,
来分别模拟正常睡眠,
短期睡眠缺乏和长期睡眠缺乏。
在经历了复杂的取样,检测,分析,
量化等一系列繁(ku)琐(zao)的工作后,
研究员发现这个大脑的管家小队,
似乎在缺觉的情况下被过度激活了!
在正常睡眠的小鼠中,
“园艺小霸王”星形胶质细胞,
在大约6%的神经元突触里被激活。
但在短期睡眠剥夺和长期缺觉的小鼠里,
这个数字上升到了8%和13.5%。
这意味着——睡眠剥夺触发了星型胶质细胞去分解更多大脑的连接和细胞碎片。
贝利西说:“以目前的成果看,
这可能是一件好事。
因为大部分重塑是在那些最大的突触上,
它们更加成熟并且被频繁使用着。
他们就像旧的家具,
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