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还敢长期熬夜?你的大脑都开始自己吃自己了!!

2017-7-4 10:45| 发布者: 炼数成金_小数| 查看: 18899| 评论: 0|原作者: 小小小白白不白|来自: 果壳网

摘要: 一天的工作结束了,此时是不是该洗洗干净躺在床上,进入睡眠倒计时了呢?嗯哼?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。我们目前知道的大部分动物都需要睡 ...

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一天的工作结束了,此时是不是该洗洗干净躺在床上,进入睡眠倒计时了呢?嗯哼?


沉迷睡眠无心工作…… 图源:chuansong.me

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。

我们目前知道的大部分动物都需要睡眠,虽然睡觉的方式可能千奇百怪(比方说海豚可以只让半边大脑睡觉……)。在二十世纪八九十年代的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(惊)。 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。

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,如果学生在学习后可以好好地睡上一觉,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(Giulio Tononi)和他在威斯康星大学麦迪逊分校的团队在2016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” (housekeeping theory)——睡眠就像大脑的管家。

↑朱利奥·托诺尼教授 。图源:quantamagazine.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了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:

突触是如何被修剪的呢?

图源: scientificamerican.com

不久前,托诺尼与意大利马尔科理工大学(Marche Polytechnic University)的神经学家米歇尔·贝利西(Michele Bellesi)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(astrocyte)。他的职责之一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。


图源:news.islandcrisis.net

在经历了复杂的取样,检测,分析,量化等等一系列繁(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。但是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。

“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较大的突触上,它们更加成熟并且被频繁使用着。他们就像旧的家具,所以可能需要更多的关注和清洁,”贝利西说。

但是,研究员还发现了当老鼠被剥夺睡眠之后,很多本来只应该在脑神经突触前端上存在的蛋白竟然出现在了小胶质细胞的肚子里!而且,长期缺觉的老鼠脑内的小胶质细胞明显吃了更多块!


↑3D重建显示了被吞到小胶质细胞里的VGLUT神经递质转运蛋白 (箭头)。 小胶质细胞:唔,缺觉的时候胃口更大了噜。图片来源:(Bellisi et al. 2017)

令人担忧的是,小胶质细胞的过度激活在很多之前的研究里被认为和阿尔茨海默病以及其他的神经退行性疾病有关。

法国波尔多大学的Agnes Nadjar教授说,“这一发现可能帮助解释了为什么缺觉让人们更容易老年痴呆。

贝利西则在文章里写到:“长期睡眠缺乏可能会过度激活小胶质细胞, 让大脑变得更加脆弱。”


作为人体里最复杂的器官,大脑一直在创造,强化和重构它错综复杂的内在。这是一个永无止境的工程。未来的研究将有助于进一步回答星形胶质细胞和小胶质细胞的过度激活是否会在应激的时候保护或损害大脑。

但是以防万一,大家还是早点洗洗睡吧。


Refs:
http://www.iflscience.com/brain/sleep-deprivation-makes-the-brain-go-into-overdrive-and-eat-itself/

https://www.newscientist.com/article/2132258-the-brain-starts-to-eat-itself-after-chronic-sleep-deprivation/?utm_term=Autofeed&utm_campaign=Echobox&utm_medium=Social&cmpid=SOC%7CNSNS%7C2017-Echobox&utm_source=Twitter#link_time=1495600706

https://www.newscientist.com/article/2096921-mystery-of-what-sleep-does-to-our-brains-may-finally-be-solved/

Bellesi, M., De Vivo, L., Chini, M., Gilli, F., Tononi and Cirelli, C. (2017) Sleep loss promotes astrocytic phagocytosis and microglial activation in mouse cerebral cortex. J. Neurosci. 37(21), 5263-5273.

Everson, C.A., Bergmann, B. M., Rechtschaffen, A. Sleep deprivation in rat: III. Total sleep deprivation. (1989). Sleep. 12(1), 13-21.

一个AI
脑子:反正你留着我也用不上,吃了就吃了吧~

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