我们是如何入睡和醒来的?
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图片说明:白天,小鼠的钾通道受到抑制,导致神经活性升高,从而使小鼠入睡;晚上,钾通道开始活跃,神经活性降低,这促使小鼠醒来,并进行活动。小鼠生物钟周期和神经活性之间的关系与人类相似,但与小鼠不同的是,人类在白天醒来,在晚上入睡。图片来源:Andrea Meredith


入睡和醒来是每个人每天都要经历的生理过程,但是这些过程究竟是如何运作的呢?这个问题一直困扰着大脑科学家。不过,美国马里兰大学医学院(University of Maryland School of Medicine)的科学家们现在已经找到了这些过程运作的关键。

研究人员将注意力集中于下丘脑的视交叉上核(suprachiasmatic nucleus),该区域是大脑的生物钟,用来决定我们何时该入睡、睡多久以及何时醒来。在视交叉上核中,研究人员又将注意力放在了某些离子通道上,这些通道会产生电流,并将信息从一个神经元传递给另一个神经元。其中的钾通道(BK potassium channels)在视交叉上核中尤其活跃。

研究人员对小鼠进行了实验,这些小鼠的生物钟与人类相反,它们一般在白天睡觉、夜晚醒来。研究人员发现,在小鼠醒着的时候,钾通道十分活跃,而在白天小鼠睡觉时,钾通道则并不活跃。在白天时,钾通道的作用主要是抑制小鼠醒来。

该研究首次发现,钾通道对于大脑中生理节律的编码有关键作用。此前,科学家只知道钾通道对调节其它生理功能很重要,它们可以使肌肉保持活力,还可控制血压、心率和膀胱功能。而在大脑中,钾通道可以调节神经元兴奋性,并对运动控制、学习和记忆有重要作用。钾通道的功能紊乱会引发颤抖、痉挛、成瘾以及与学习、记忆相关的问题。

此外,过去科学家们曾以为视交叉上核神经元表面离子通道的数量决定了生理节律,但本研究却发现,真正决定生理节律的关键是离子通道的活性,包括激活和灭活离子通道。该发现具有重要的临床意义,对灭活机制的全新理解可以用来指导研发调节生理节律的药物,从而帮助人们治疗失眠、调节时差以及季节性情绪波动。(科学之家,译审/编辑 Mignon)
文章来源: https://www.sciencedaily.com/releases/2016/04/160414174410.htm
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