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究竟，是“谁”在大脑里，掌控着我们的睡眠与觉醒？ 浙江大学医学院神经科学研究所段树民教授课题组，发现了这一秘密。近日，相关论文，在《CELL》（《细胞》）子刊《Current Biology》（《当代生物》）上发表。 论文的第一作者，则是段树民教授的学生、浙大神经生物专业博士研究生韩勇。 这一秘密，就是基底前脑中的“少数派”——胆碱能神经元。它只占基底前脑神经元的5%，却影响着大脑皮层的众多神经元的活动，“操控”着我们的入睡与苏醒。
世界卫生组织调查发现 四成中国人有睡眠障碍 睡眠里，总是时而有梦，时而无梦。其实，这恰恰是不同睡眠状态的反应。有梦时，为“快波睡眠”，这时大脑并没有休息，而是处于兴奋状态。无梦时，为“慢波睡眠”，大脑皮层活动相对安静下来。我们的睡眠，总是在“快波”与“慢波”之间，周期性地切换。一般来说，“慢波睡眠”占到总睡眠的80%，而“快波睡眠”只有一两个小时。 据世界卫生组织调查，全球约30%的人存在各种睡眠问题。其中中国人群的睡眠状况更为糟糕，近年，高达40%以上的中国人出现睡眠障碍。以往的研究发现，当我们大脑兴奋时，基底前脑中的胆碱能神经元“异常活跃”。那么，这是否会影响睡眠呢？大脑结构，繁复至极。而胆碱能神经元，又只占了基底前脑的5%。 怎样的精湛技术，才能精准无误地对它探秘？ “我们采用了光遗传学技术。”课题组成员、该论文通讯作者之一——浙大神经科学研究所虞燕琴副教授介绍道。什么是光遗传学技术？其实，我们的眼睛能看到光，与视网膜具有一种特殊的蛋白质有关。在藻类植物中有一种离子通道也对光产生反应，如果将这种光敏感蛋白，通过转基因手段，植入某一种特定的神经元上。这样，一旦受到光刺激，通道就会打开，神经元就可被人为地“操控”。
“少数派”胆碱能神经元 操控着入睡与苏醒 通过光遗传学技术，课题组发现了一些有趣的现象。 当小鼠处于“慢波睡眠”时，去刺激它的胆碱能神经元，小鼠神奇般地被唤醒。有时，小鼠会被“催入”多梦的“快波睡眠”。一旦停止刺激，小鼠会再次入睡。当小鼠处于“快波睡眠”时，去刺激它的胆碱能神经元，小鼠没有醒，而是被“催眠”得更深。它的有梦睡眠，会延长。其实，无论哪种状态，都意味着，小鼠被刺激后，出现大脑皮层兴奋或是延长兴奋。 小鼠总爱白天睡觉，晚上活动。课题组还发现，晚上，小鼠处在清醒活跃期，这时如果长时间（1小时以上）地刺激它的胆碱能神经元，到了白天，小鼠就会失眠。“过度兴奋，会有失眠表现。而失眠与焦虑和抑郁症有密切关系，但是，失眠与焦虑之间究竟何为因何为果，还不能立即下定论。”段树民教授说。在现实生活中，抽烟的确会起到兴奋胆碱能神经元的类似作用，使人兴奋。 “将来，我们也许可以从胆碱能神经元入手，治疗失眠。因为，既然能刺激胆碱能活动，使大脑兴奋，就能可能通过抑制胆碱能活动，使大脑安静。”他预言。下一步，课题组将着手研究哪些因素可让人入睡。
延伸阅读： “脑计划”：把大脑看得更清楚 “脑计划”目前是世界生物医学的重大课题之一。美国国会批准2014财政年为脑计划拨款1.1亿美元，美国国立卫生研究院发布了一个指南，计划用3年时间主要集中研究6类领域，以利于研发观察大脑神经元的新技术和新方法。“脑计划”是继人类基因组计划之后另一个宏伟的科学研究计划，看清大脑的技术（脑成像技术）是研究大脑的基础。 无论是活体大脑还是死亡的大脑，里面都有脂质，当用显微镜观察大脑时，光线透过脂质就像阳光照射在油面上一样会产生七色光彩，导致难以观察到大脑内部的细微结构。同时，脂质也排斥很多物质，需要对大脑进行切片才能标记一些特殊类型的细胞，这也让“脑计划”中的重要研究——统计大脑细胞类型变得十分困难。 美国斯坦福大学卡尔·迪赛诺思团队最近研发出一种清晰技术，可将小鼠大脑中的脂质分离和冲洗出来，获得完整透明的3D大脑，大脑中的神经元、轴突、树突、突触、蛋白、核酸等都完好地保持在原位。然后，研究人员再用荧光抗体处理小鼠大脑，能清楚看到大脑中的各类物质和分子。研究人员还可通过电子显微镜揭示大脑内部的精细结构，例如神经元相结合的部位——突触。 在清晰技术发明之前，也可以用数字技术来制作大脑的3D成像，但非常耗时和繁复。首先需要将大脑的组织切成数百个甚至数千个薄片，然后详细扫描每个薄片的影像并输入计算机，再精心调整各部分的位置。遇到精微的部分，如神经细胞的接触点——轴突，则更加费时，因为一个轴突大约相当于人的头发直径的1/100。在制作时不仅耗费大量的计算机操作时间，还容易产生明显误差。 现在，利用清晰技术制作和还原3D透明大脑不仅时间快，而且准确，能让人们清晰地看见大脑中的结构和分子。迪赛诺思团队目前不仅能制作小鼠的透明3D大脑，还把一名已死亡的自闭症患者的大脑部分区域制作成透明3D大脑。 清晰技术是一个巨大的进步，但比较昂贵，也可能存在危险，因为该技术需要使用的丙烯酰胺有剧毒和致癌性，只能用以观察死亡的大脑，不能观察活体大脑。要观察活体大脑，可能需要找到新的不致癌的物质和易于应用的技术。随着清晰技术的进一步改进和完善，当大脑能被清楚地看见时，研究大脑就会变得更为容易，解开大脑的秘密也会水到渠成。
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