人和動(dòng)物為何要睡眠?這個(gè)問(wèn)題在生理學(xué)上仍是個(gè)謎。美國布蘭迪斯大學(xué)研究人員通過(guò)實(shí)驗發(fā)現,腦內有一種內穩平衡機制,其只發(fā)生在動(dòng)物清醒時(shí),在動(dòng)物睡眠時(shí)會(huì )被抑制。而以往的研究認為,內穩平衡機制在清醒時(shí)不起作用,在睡眠中才會(huì )恢復。
解釋睡眠的神經(jīng)科學(xué)理論目前主要有兩種:一種稱(chēng)為“記憶鞏固”理論,認為在睡眠時(shí),大腦會(huì )在“后臺”重播記憶;另一種稱(chēng)為“內穩平衡”理論,認為腦中存在一種自我平衡的原狀穩態(tài),稱(chēng)為“內穩態(tài)”,睡眠對于腦網(wǎng)絡(luò )活動(dòng)恢復內穩態(tài)非常重要。在清醒活動(dòng)時(shí),這種內穩態(tài)是被擾亂的。這種機制由布蘭迪斯大學(xué)研究人員最早提出。
內穩機制通過(guò)保持一種平均的放電率,使神經(jīng)線(xiàn)路保持功能穩定,就像恒溫器保持室內溫度。所謂腦部可塑性,是指腦按照新經(jīng)驗對神經(jīng)通路進(jìn)行重組的能力。為了研究動(dòng)物清醒時(shí)各種行為的腦部塑造和內穩塑造之間有無(wú)交叉,布蘭迪斯大學(xué)生物學(xué)教授吉娜·特里簡(jiǎn)諾團隊開(kāi)發(fā)了新的算法,完整記錄了小鼠9天的腦活動(dòng),不間斷地跟蹤單個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)超過(guò)200小時(shí),以評估生理節奏和行為對神經(jīng)內穩態(tài)的影響。
研究團隊發(fā)表在近期《細胞》雜志上的論文稱(chēng),實(shí)驗最終證明,內穩平衡基本只發(fā)生在動(dòng)物清醒時(shí),在睡眠時(shí)是被抑制的。自覺(jué)主動(dòng)地保持清醒,會(huì )加強內穩態(tài)恢復期間的放電率,延長(cháng)自然清醒的周期。當動(dòng)物保持清醒,內穩平衡作用會(huì )被進(jìn)一步強化。
這些發(fā)現提出了新的可能性,即大腦的可塑性還有另一種形式,就像記憶鞏固那樣,內穩平衡塑造也是一種,這些形式可能只是暫時(shí)分離,以防止互相干擾。此外,這一發(fā)現還有助深入研究行為、環(huán)境和生理節奏對腦部?jì)确€態(tài)塑造機制的影響。
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