熬夜損傷大腦，神經(jīng)元平均每小時丟失2.2個突觸

導(dǎo)讀

所有人都知道大多數(shù)人的一生中有1/3的時間是在睡眠中度過，因此睡眠可以說是人這一輩子最重要的事情。自古以來，人們都遵從著【日出而落，日落而息】的習(xí)慣進(jìn)行休息和勞作。然而進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時代以來，人們習(xí)慣熬夜，似乎是越到晚上越精神！

熬夜導(dǎo)致的睡眠不足和睡眠受限是當(dāng)前社會一種很常見的現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，睡眠不足可能會導(dǎo)致無法及時清除清醒時積累在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的潛在神經(jīng)毒性分子，從而誘發(fā)阿爾茨海默病等腦疾病。另外，也有研究表明，長期的睡眠受限會影響到認(rèn)知狀態(tài)、運動能力、情緒和社交功能。

2024 年 5 月 1 日，來自英國倫敦大學(xué)學(xué)院的研究團(tuán)隊在《Nature》正刊在線發(fā)表研究論文「Sleep pressure modulates single-neuron synapse number in zebrafish」。該研究發(fā)現(xiàn)睡眠與覺醒對斑馬魚神經(jīng)元突觸數(shù)具有調(diào)節(jié)作用，幫助大腦「重置」。研究認(rèn)為，在清醒的時候，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，這意味著多種神經(jīng)元之間會產(chǎn)生復(fù)雜的連接從而實現(xiàn)信息的傳遞。該研究為理解睡眠對神經(jīng)元連接和功能的影響提供了新的見解。

主要研究內(nèi)容

1.神經(jīng)元突觸在24小時內(nèi)的變化

神經(jīng)元突出數(shù)量在晝夜期間是如何變化的呢？為了更清楚地觀察睡眠時的神經(jīng)元活動，研究人員選取了透明的斑馬魚作為模型，通過基因工程選擇性地標(biāo)記了斑馬魚的突觸，并在 24 小時周期中觀察突觸活動變化。研究發(fā)現(xiàn)，白天突觸的數(shù)量會逐漸上升，而到了夜間突觸數(shù)量又會減少，且回落到更低的水平。其中，2 型神經(jīng)元突觸平均在白天增加 15.3 個，夜間減少 17.7 個，而 4 型神經(jīng)元的突觸平均白天增加 8.5 個，夜間減少 8.2 個（圖 2），這種變化會讓神經(jīng)元突觸數(shù)量達(dá)到一個相對穩(wěn)定且平衡的狀態(tài)。

圖 2 跨晝夜周期的單神經(jīng)元突觸跟蹤揭示了不同的動態(tài)變化

2. 睡眠壓力對神經(jīng)元突觸的影響

睡眠壓力是如何影響神經(jīng)元突觸的呢？為了探究該科學(xué)問題，研究人員開發(fā)了一種溫和處理的睡眠剝奪（sleep deprivation, SD）方案。研究人員通過該方案，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(jìn)入睡眠狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，相較于非睡眠剝奪的幼體，睡眠剝奪幼體的睡眠時間明顯更長。此外，研究也發(fā)現(xiàn)，在睡眠剝奪后的恢復(fù)期間，構(gòu)造神經(jīng)元以每小時 2.2 個突觸的速度喪失（圖 3b）。因此，研究人員也認(rèn)為睡眠壓力會促進(jìn)神經(jīng)元突觸數(shù)量的減少。

圖 3 神經(jīng)元突觸數(shù)量受睡眠和睡眠剝奪調(diào)節(jié)

研究總結(jié)與展望

先前由復(fù)旦大學(xué)程煒、馮建峰聯(lián)合英國劍橋大學(xué)發(fā)表在Nature aging雜志的研究論文「The brain structure and genetic mechanisms underlying the nonlinear association between sleep duration, cognition and mental health」指出，最佳睡眠時間約為 7 小時。該研究通過近 50 萬人的基因、影像、行為等多維度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)睡眠時長認(rèn)知功能、精神健康等多維度表型之間的非線性關(guān)系，該研究表明 7 小時是較為理想睡眠時間，睡眠過多或過少與較差的認(rèn)知能力和心理健康有關(guān)。同時，該研究認(rèn)為每天睡眠時間少于 4? 小時或超過 10 小時都是有害的。

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