睡眠狀態(tài)，我們的大腦在干嘛？

　　劍橋，文科碩士—睡眠通常被認(rèn)為是一種兩極狀態(tài)：大腦要么完全清醒，要么深度睡眠。然而，麻省理工學(xué)院的神經(jīng)學(xué)專家發(fā)現(xiàn)了一條大腦回路，能引發(fā)其小部分區(qū)域進(jìn)入睡眠或放松警惕，而其他部分則保持清醒。
　　這條回路始于丘腦網(wǎng)狀核這一大腦結(jié)構(gòu)（TRN），它先將信號(hào)傳遞給丘腦組織，再傳遞給大腦皮層，誘導(dǎo)產(chǎn)生小部分深度睡眠時(shí)表現(xiàn)的緩慢、波動(dòng)的腦波特征。人在昏迷和全身麻醉時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生慢波，這與蘇醒緩慢密切相關(guān)。丘腦網(wǎng)狀核活動(dòng)頻繁，因而整個(gè)大腦就被這些波動(dòng)完全控制。
　　研究人員相信，通過協(xié)調(diào)不同腦部結(jié)構(gòu)間的慢波，允許各個(gè)腦部結(jié)構(gòu)更容易共享信息，或許丘腦網(wǎng)狀核就能幫助大腦加強(qiáng)記憶。
　　“在睡眠中，或許大腦特定的區(qū)域也會(huì)同時(shí)產(chǎn)生慢波，因?yàn)樗麄冃枰舜私粨Q信息，而其他區(qū)域則不會(huì)如此，”Laura Lewis這樣說到。Laura Lewis是麻省理工學(xué)院大腦及認(rèn)知科學(xué)部門的一員，同時(shí)也是這項(xiàng)新研究的主要作者之一。而該研究被刊登在今日的Elife雜志上。
　　研究人員表明，當(dāng)睡眠不足者的知覺陷入短暫昏沉，卻又掙扎著保持清醒時(shí)，丘腦網(wǎng)狀核也要對(duì)大腦活動(dòng)負(fù)責(zé)。
　　Jakob Voigts是本篇研究的另一位主要作者，畢業(yè)于麻省理工學(xué)院大腦及認(rèn)知科學(xué)專業(yè)。該研究的主要作者有Emery Brown和Michael Halassa。Emery是麻省醫(yī)學(xué)工程學(xué)和計(jì)算神經(jīng)學(xué)專業(yè)的Edward Hood Taplin教授，同時(shí)還是麻省總醫(yī)院的麻醉學(xué)家。而Michael 則是紐約大學(xué)的助理教授。其他作者分別是麻省理工學(xué)院的成員Francisco Flores 和 Matthew Wilson，Matthew 是神經(jīng)生物學(xué)的Sherman Fairchild 教授，以及麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí)和記憶Picower學(xué)院的成員。
　　局部控制
　　至今為止，大多數(shù)睡眠研究的焦點(diǎn)在于全局控制，這種情況多見于整個(gè)大腦的慢波水平一致—多組神經(jīng)元短暫靜止時(shí)腦波活動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生慢波。
　　然而，近期研究表明睡眠不足的動(dòng)物在它們清醒時(shí)，其部分腦域能夠顯示慢波，這意味著大腦仍然能夠控制局部區(qū)域的警惕性。
　　麻省理工學(xué)院小組開始利用丘腦網(wǎng)狀核對(duì)警惕性和睡意的局部控制進(jìn)行調(diào)查，這是因?yàn)榍鹉X網(wǎng)狀核所處實(shí)際位置非常完美，使其有助于睡眠，Lewis這樣解釋到。圍繞在丘腦附近的丘腦網(wǎng)狀核像一只貝殼，如看門人般歡迎感知信息進(jìn)入丘腦，之后它再將這些信息傳遞給大腦皮層作進(jìn)一步處理。
　　光遺傳學(xué)是科學(xué)家利用光線刺激或抑制神經(jīng)細(xì)胞的一種技術(shù)，在其幫助下研究員發(fā)現(xiàn)如果他們輕微刺激清醒狀態(tài)下的丘腦網(wǎng)狀核，小部分大腦皮層就會(huì)出現(xiàn)慢波。若受到更強(qiáng)的刺激，整個(gè)大腦皮層就會(huì)出現(xiàn)慢波。
　　Lewis 說：“我們還發(fā)現(xiàn)當(dāng)人們引導(dǎo)這些慢波穿過大腦皮層時(shí)，動(dòng)物們就開始表現(xiàn)出睡意，不再四處走動(dòng)，肌肉也變得放松。”
　　研究人員相信丘腦網(wǎng)狀核微微調(diào)整著大腦對(duì)局部大腦區(qū)域的控制，增加或減少這些區(qū)域的慢波，使得這些區(qū)域能夠互相交流，或者在大腦非常疲倦時(shí)引誘某些區(qū)域放松警惕。這或許就能解釋人們?cè)谒卟蛔愫投虝夯璩粒ú⒎钦嬲胨r(shí)所發(fā)生的一切。
　　“我更愿意相信這一切的發(fā)生在于大腦開始向睡眠過渡，即使你強(qiáng)迫自己保持清醒，大腦的某些局部區(qū)域仍會(huì)變得困倦，” Lewis說。
　　自然睡眠和全身麻醉
　　了解大腦如何控制覺醒有助于研究人員設(shè)計(jì)新的安眠藥和麻醉藥，創(chuàng)造出更接近自然睡眠的狀態(tài)。刺激丘腦網(wǎng)狀核能引發(fā)深度的非快速眼動(dòng)睡眠狀態(tài)。而Brown 與其同事的先前研究發(fā)現(xiàn)了一條通向快速眼動(dòng)睡眠的回路。
　　Brown補(bǔ)充到，“大腦內(nèi)部的連接點(diǎn)--突觸部位有大量的丘腦網(wǎng)狀核，能釋放抑制性神經(jīng)遞質(zhì)GABA。因此，丘腦網(wǎng)狀核幾乎全部是麻醉藥作用之地，前提是很多種類的麻醉藥都作用于這些突觸，其典型特征之一便是產(chǎn)生慢波。”
　　Lewis 與其同事的先前作品表明，與睡眠狀態(tài)下的慢波不同的是，全身麻醉下的慢波并不協(xié)調(diào)，這解釋了一原理，即為什么那些藥物能破壞大腦內(nèi)部的信息交換、導(dǎo)致意識(shí)不清。