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普遍性 : 動物都需要睡眠
腦在睡眠中神經細胞的放電幾乎和清醒時一樣高
11點睡, 7 點起床
睡眠的目的 :
Ref: http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/20131141042821830768.shtm
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作者：Maiken Nedergaard 來源：《科學》 發佈時間：2013-11-4 10:42:08
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 小鼠睡眠期間，神經細胞之間充滿液體的通道會擴張，並將垃圾物質清出。圖片來源：Jeff Iliff
美國紐約羅切斯特大學的Maiken Nedergaard和同事們進行的新研究，為波士頓哈佛醫學院睡眠研究員Charles Czeisler提供了“首個分子層面的直接實驗數據”，可以用來了解睡眠的基本目的：清理大腦中的有毒代謝產物。
賓夕法尼亞大學睡眠研究人員David Dinges認為，10月17日發表在《科學》雜誌上的這項新研究“符合一個長期存在的觀點：睡眠的作用是修復，一些東西被還原或者清除”。該研究建立在Nedergaard最近的發現的基礎上。去年夏天，Nedergaard在《科學—轉化醫學》雜誌中描述了一個微觀的、充滿液體的通道網絡可以清除大腦毒素，就像淋巴系統從身體其他部位清除代謝廢物一樣。不過，該網絡並不攜帶淋巴，而是運輸含有廢物的腦脊液（CSF）。Nedergaard將其命名為“類淋巴系統”，在該系統被發現之前，人們所知道的大腦處理細胞垃圾的唯一方式是在細胞內部分解和回收利用。
在最初的研究中，Nedergaard的團隊發現，大腦的非神經細胞——神經膠質控制著CSF通過其細胞膜中的通道流動。“如果我們去掉神經膠質細胞中的通道，流動會停止。”Nedergaard說。
由於運輸液體通過細胞膜需要大量能量，Nedergaard及其團隊預測，大腦並不能同時完成清理和處理感覺信息的工作，於是他們決定測試睡眠期間類淋巴系統的活動是否會改變。該研究的第一作者Lulu Xie在接下來的兩年中訓練小鼠放鬆和睡眠，並在雙光子顯微鏡（可以使染色物質通過活組織的運動成像）下觀察。
Xie會觀察小鼠的腦活動，一旦發現其進入睡眠狀態，她便將綠色染料通過小鼠頸部一個像導管的設備註入到CSF中。半小時後，她通過觸摸小鼠尾部使其清醒，並註入紅色染料，雙光子顯微鏡可以很容易地辨別這兩種染料。Nedergaard稱，通過追踪整個大腦中的紅色和綠色染料，其團隊發現在睡眠期間，大量CSF流入大腦，但是在清醒狀態時卻不會。
對小鼠清醒和睡眠時神經細胞間空隙大小的對比發現，睡眠時運載CSF的神經膠質細胞通道會擴張60%。研究團隊還將作標記的β澱粉樣蛋白注入到睡眠小鼠和清醒小鼠的大腦中，進而發現睡眠期間，CSF會很快地將這些“垃圾”清除到細胞外兩次——“就像一個洗碗工”，Nedergaard這樣形容。她說，這些蛋白質可以在細胞內聚合為致病性斑塊，而且與阿爾茨海默氏症相關。
Nedergaard指出，很多神經疾病——從阿爾茨海默氏症到中風和癡呆——都與睡眠障礙有關。研究表明，睡眠不足會使毒素累積，導致大腦損傷，這也是原因之一。“這可能會引起那些在夜間工作的輪班工作者的討論，”Nedergaard預測道，“如果你不能保證睡眠，大腦可能會受到損傷。”
然而，一個未知的問題是清除廢物的需要是否會積極地調節睡眠——也就是說，代謝副產物的形成是否會使我們感到睏意。研究人員還希望知道在睡眠期間，充滿液體的通道如何改變形狀，以及清除廢物是否真的能改善神經功能。
其他研究人員也不確定清理功能是否為睡眠唯一的核心功能。英國薩里大學的睡眠科學家Derk-Jan Dijk稱，在睡眠的功能中，沒有一個可以主導其他所有。“睡眠可能有很多功能。”他說，就像週末可以用來購物、社交和打掃房子一樣。
不過，Czeisler表示，由於Nedergaard和她的同事已經確定了小鼠會在夜間清理大腦，科學家可以繼續研究是否所有物種都是如此，及其程度如何。“人們可以想像，不同物種的睡眠功能會進行不同方式的進化，以適應不同習性。不過研究會讓我們了解，不同物種的睡眠功能是否相同。”（來源：中國科學報張冬冬）
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