科學家確認熬夜損傷大腦 睡眠能幫助大腦“重置”

睡眠是生存必不可少的行為，并且睡眠時長和質(zhì)量不佳都會影響第二天的精神狀態(tài)，最直觀的反應便是打盹，思維緩慢和反應力下降。除了能感受到的這些“副作用”，大腦對缺覺也會非常敏感。

或許我們會以為睡覺的時候身體是完全靜息的，但實際上大腦中仍然開展著復雜的活動，這些活動主要幫助它從白天的繁雜工作中恢復過來，比如類淋巴系統(tǒng)會將干凈的腦脊液沖進大腦，然后將白天累積的廢物帶走，減少毒性物質(zhì)對神經(jīng)細胞的損傷。

而在近日《自然》雜志的一項研究中，來自倫敦大學學院的科學家發(fā)現(xiàn)，睡覺還有一個重要作用，那就是幫助大腦“重置”。在我們清醒的時候，大腦需要控制和協(xié)調(diào)各種輸入信號，并且給出行動指令，這就意味著許多神經(jīng)元之間會產(chǎn)生復雜的連接來實現(xiàn)信息傳遞。

這些連接并非沒有代價，它們往往會消耗大量的能量。根據(jù)突觸穩(wěn)態(tài)假說，清醒期間的突觸增加是不可能無限發(fā)生的，如果一直保持這種狀態(tài)不僅不利于學習新的事物，從能量供給上也不可持續(xù)。而睡眠就是減少和斷開突觸的關鍵階段，這種變化對于大腦中絕大多數(shù)的興奮性突觸都是存在的。

為了更清楚地觀察睡眠時的神經(jīng)元活動，作者選取了透明的斑馬魚作為模型。他們通過基因工程選擇性地標記了斑馬魚的突觸，使其更容易成像，并在24小時周期中觀察突觸活動變化。

研究通過開、關燈來調(diào)控斑馬魚的晝夜節(jié)律，由于斑馬魚是晝行動物，充滿燈光時斑馬魚更加活躍。成像結(jié)果顯示，白天的時候突觸的數(shù)量會逐漸上升，而到了夜間突觸數(shù)量又會減少，回落到更低的水平。

除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)了兩個關鍵特征，首先是這種突觸平衡過程是否發(fā)生取決于睡眠壓力有多大，通俗來說就是有多久沒睡覺了。個體對睡眠的需求越強烈，睡眠時就會顯著發(fā)生突觸清除事件。反之如果睡眠需求不高，即使通過藥物誘導睡眠狀態(tài)，斑馬魚的突觸數(shù)量非但不減少，還會緩慢增加。

研究人員采取了一種溫和的手動睡眠剝奪方案，使斑馬魚幼體在夜間開始時保持4小時清醒狀態(tài)，然后再進入睡眠狀態(tài)。在睡眠剝奪前后，研究人員觀察了斑馬魚幼體單個神經(jīng)元的突觸變化，觀察時間點為睡眠剝奪前、睡眠剝奪后以及第二天早上。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在睡眠剝奪后的恢復期，神經(jīng)元的突觸丟失率提高到l平均每小時2.2個突觸。

“假如可以在人類中確認這種模式，那就說明午休短暫的休息對突觸平衡沒有太大作用，一定要在晚上睡眠需求高的時候睡一覺才行。”研究的通訊作者Jason Rihe教授表示。而另一個有趣的發(fā)現(xiàn)是，作者只在斑馬魚的夜間睡眠階段的前半段觀察到了突觸清除現(xiàn)象，而在后半段則沒有變化。

作者指出，這種突觸清除有助于第二天產(chǎn)生新的突觸連接，為學習新事物做好準備。而還有一些其他作用，比如細胞損傷修復或許會在后半段睡眠中完成，這需要未來更多研究解開其中的謎團。