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大脑皮层可以调节睡眠需求

牛津大学的研究人员现在发现了哺乳动物大脑中睡眠研究的新目标——大脑皮层。该论文今天发表在《自然神经科学》上。大脑皮层约占大脑体积的 80%,负责许多复杂的现象,包括感知、思维、语言、注意力和记忆。虽然皮层中的活动通常用于睡眠研究来记录睡眠/清醒模式,但牛津大学的最新研究发现,皮层本身的过程实际上可能负责睡眠控制,例如睡多长时间和睡多深睡觉。

该研究监测了实验室老鼠的大脑活动,这些老鼠在解剖学和睡眠机制方面与人类有着基本的大脑相似性。皮层的两个区域——新皮质层 5 和海马体的一部分——的神经元在小鼠的大脑中“沉默”了。当大脑这些区域的神经元失活时,实验室小鼠每天突然保持清醒至少三个小时。从这个角度来看,一只老鼠的平均寿命大约为两年,这意味着它们在其一生中获得了整整三个月的“清醒”时间。就人类而言,这相当于大约 10 年。

尽管小鼠清醒的时间更长,但它们对深度睡眠的需求似乎并未受到影响。通常情况下,当老鼠(和人类)保持清醒的时间比平时更长并且变得更疲倦时,我们会睡得更深以进行补偿。这项对实验室老鼠的研究发现,它们的睡眠时间并没有比平时更深。他们的生物钟似乎完全没有受到白天额外醒着时间的影响。

该研究的主要作者、牛津大学生理学、解剖学和遗传学系的 Lukas Krone 博士说:“我们发现皮层是睡眠调节系统的一部分,这为睡眠医学开辟了新的前景。它可能可以使用已经建立的非侵入性脑刺激技术来改变皮层活动,从而达到治疗目的,例如治疗睡眠障碍。”

生理学、解剖学和遗传学系睡眠、大脑和行为实验室负责人、睡眠与昼夜节律神经科学研究所 (SCNi) 成员、论文的共同通讯作者 Vladyslav Vyazovskiy 教授说:“皮层是高度复杂的结构,在解剖学和功能上都非常复杂,因此很难研究;这就是为什么我们认为它在睡眠控制中的作用以前被忽视了。皮质沉默对睡眠的影响为睡眠控制机制提供了一个新的视角,并具有改变睡眠神经生物学领域的强大潜力。”

生理学、解剖学和遗传学系大脑皮层发育和进化实验室负责人、论文的共同通讯作者 Zoltán Molnár 教授说:“过去几十年,大量的努力和资金用于阐明皮层下结构的作用。在睡眠调节中,大脑皮层不是关注的焦点。当我们第一次对不同的皮质投射神经元进行“沉默”研究时,我预计这种表型来自另一个神经元群,而不是来自第 5 层和海马体。对我来说,这一发现它对小鼠睡眠的影响令人惊讶。”

虽然这项研究是重要的第一步,但还需要做更多的工作。“我们希望许多其他研究小组现在能够研究皮层如何影响睡眠调节,”克朗博士说。“多学科方法将帮助我们充分了解皮层调节睡眠的细胞机制和神经元回路。”

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