圖片來(lái)源：Ian Cuming
你相信嗎，睡眠可能會(huì)削弱腦中已有的神經(jīng)連接？這一結(jié)論來(lái)自于最近的一項(xiàng)研究，在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家觀察了睡覺(jué)過(guò)程中大腦內(nèi)的微妙變化。
研究者發(fā)現(xiàn)，睡眠對(duì)于使大腦中的突觸（將神經(jīng)元連接起來(lái)的部位）發(fā)揮正常功能至關(guān)重要。在我們睡覺(jué)的時(shí)候，突觸會(huì)縮回約20%。在這段時(shí)間內(nèi)，突觸會(huì)進(jìn)行充分的休息，為新一天接受新的信息輸入、學(xué)習(xí)新事物做準(zhǔn)備。
科學(xué)家說(shuō)：“如果沒(méi)有這段被稱為‘突觸穩(wěn)態(tài)’的重置期，突觸將會(huì)因?yàn)槌?fù)荷工作而崩潰，就像插線板接入過(guò)多電器后會(huì)燒壞一樣。”
這項(xiàng)研究的共同作者，來(lái)自美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校睡眠與認(rèn)知和中心的Chiara Cirelli博士說(shuō)：“睡眠是突觸功能重置的最好時(shí)機(jī)，因?yàn)楫?dāng)我們清醒的時(shí)候，我們總會(huì)被身邊各種事物吸引，它們不斷刺激我們的神經(jīng)，迫使我們學(xué)習(xí)。”
Cirelli還告訴Live Science的采訪記者：“在睡覺(jué)的過(guò)程中，我們的大腦受外部環(huán)境的影響較小，此時(shí)大腦可以對(duì)突觸的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，以一種聰明的方式使突觸功能恢復(fù)到正常水平。”
早在2003年，Cirelli和她在美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的同事Giulio Tononi博士就提出了“突觸穩(wěn)態(tài)假說(shuō)”（synaptic homeostasis hypothesis，簡(jiǎn)稱SHY）。
最近，Cirelli和Tononi觀察到小鼠睡眠過(guò)程中的突觸回縮現(xiàn)象，這是支持SHY的直接的視覺(jué)證據(jù)。這一復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)持續(xù)了四年，研究結(jié)果發(fā)表在今年2月2日的《科學(xué)》（Science）雜志上。
研究者認(rèn)為：“睡眠是人類為了保持大腦學(xué)習(xí)新事物的能力而付出的代價(jià)。”
英國(guó)牛津大學(xué)睡眠與節(jié)律神經(jīng)科學(xué)研究所的主任Russell Foster（未參與這項(xiàng)研究）認(rèn)為這是一項(xiàng)“做得非常漂亮清楚的工作”。Foster說(shuō)，他們的發(fā)現(xiàn)支持了“睡眠對(duì)于記憶鞏固與學(xué)習(xí)是必要的”這一觀點(diǎn)。
幾千年來(lái)，人類一直在探索睡眠的本質(zhì)與意義。亞里士多德認(rèn)為，睡眠有助于身體修復(fù)，在睡覺(jué)的過(guò)程中，身體受損的部分會(huì)被取代、重建�，F(xiàn)代科學(xué)也支持了這一觀點(diǎn)，研究人員已經(jīng)找到了許多與修復(fù)和代謝相關(guān)，且只在睡眠時(shí)表達(dá)的基因。
Cirelli和Tononi主要關(guān)注睡眠對(duì)于大腦的影響。在2003年的一篇文章中，他們提出睡眠會(huì)影響突觸生長(zhǎng)過(guò)程的假說(shuō)。突觸是神經(jīng)元間信息傳遞的通道，在白天，我們的大腦會(huì)不斷輸入新的信息，突觸隨之加強(qiáng)或變多，以適應(yīng)信息傳遞的需求。但是突觸不能無(wú)限加強(qiáng)，否則將會(huì)出現(xiàn)突觸飽和現(xiàn)象，或者稱之為“信息過(guò)載”。
研究人員在之前的文章中指出，突觸在睡眠的過(guò)程中會(huì)被“修剪”，但是“修剪”未必需要身體處于睡眠狀態(tài)，身體只是利用了睡眠中大腦信息流量減少這一優(yōu)勢(shì)。
為了找到支持這一假說(shuō)的證據(jù)，研究人員以小鼠為模式動(dòng)物，運(yùn)用了可以分辨納米尺度的突觸回縮和擴(kuò)張這一極細(xì)微變化的新型電子顯微鏡。他們發(fā)現(xiàn)，幾個(gè)小時(shí)的睡眠平均可以使突觸的大小減小18%。
Cirelli提到，他們還有一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)：80%的突觸都會(huì)在睡眠中被“修剪”，但是最大的那些突觸卻不會(huì)被“修剪”。研究人員認(rèn)為，較大的突觸可能與最為穩(wěn)定和重要的記憶相關(guān)聯(lián)，我們的大腦不希望忘掉它們。然而，大腦究竟通過(guò)何種機(jī)制決定“修剪”哪些突觸，保留哪些突觸，這還是一個(gè)未解之謎。
Foster說(shuō)：“大腦在夜間修剪突觸是一個(gè)重要的生理過(guò)程，這樣才能保證白天暫時(shí)性的突觸編碼的大量信息不會(huì)將我們大腦中的信息網(wǎng)絡(luò)弄癱瘓。修剪過(guò)程確保只有最為重要的信息被保留。”
Foster還表示，他可以想象到后續(xù)基于Cirelli-Tononi工作的實(shí)驗(yàn)將以小鼠為動(dòng)物模型，研究生物晝夜節(jié)律（身體內(nèi)部的時(shí)鐘）、睡眠、突觸修剪與精神疾病之間的聯(lián)系。Foster說(shuō)，精神疾病的一些主要特征就包括神經(jīng)環(huán)路的破壞，睡眠缺乏以及受損的認(rèn)知與記憶。今年，F(xiàn)oster與其他科學(xué)家合著的《生物晝夜節(jié)律：一個(gè)簡(jiǎn)短的介紹》（Circadian Rhythms： A Very Short Introduction ， Oxford University Press， 2017）將與大家見(jiàn)面。
Foster補(bǔ)充道，突觸修剪也許是睡眠的一個(gè)核心特征，尤其對(duì)于相比于其他動(dòng)物有更高級(jí)認(rèn)知能力的人類來(lái)說(shuō)。然而，突觸修剪也可能只是睡眠的重要功能之一。在睡眠過(guò)程中，身體利用我們相對(duì)不活躍的狀態(tài)完成一系列維持正常生命活動(dòng)的必需過(guò)程。
因此，亞里士多德對(duì)睡眠的理解不無(wú)道理。
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