作者:李晨阳 来源:中国科学报 发布时间:2019-2-15
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天黑请睁眼
科学家破解小鼠暗觉醒机制

 

■本报记者 李晨阳

“太阳晒屁股了,孩子该起床了!”——想必大家都有过这样的经历:睡得好好的,突然窗帘打开,一道明光破窗而入,瞬间人就清醒了一大半。

人类或许很难想象,小老鼠这样的夜行动物在白天呼呼大睡时,如果环境突然暗下来,它们也会在几分钟内迅速苏醒。

是什么机制影响了人们的睡眠和觉醒?复旦大学基础医学院研究员黄志力和教授曲卫敏团队多年来一直致力于这些问题的探究。近日,相关成果在线发表于《当代生物学》。

和人一样,小鼠的感光器官是视网膜。研究人员向小鼠眼睛注射一种能编码光敏感通道蛋白以及红色荧光蛋白的病毒,通过示踪,证实位于上丘(大脑一处结构)的γ-氨基丁酸能神经元可以接收来自视网膜的直接功能输入。他们把荧光鼠暴露在不同的光照环境下,发现这种神经元能被短时间的黑暗刺激所抑制,但不会受到光脉冲的影响。此外,这种神经元还能直接抑制下游的另一种神经元——腹侧被盖区多巴胺能神经元。

论文通讯作者黄志力向《中国科学报》解释:“暗环境刺激下,视网膜不再兴奋,上丘γ-氨基丁酸能神经元受到抑制。于是,下游的多巴胺能神经元所受的抑制就会解除,从而释放多巴胺。因此,突然出现的黑暗环境让小鼠很快清醒过来。”

为确保结论严谨,他们还设计了一个反向证明实验——通过基因编辑,特异性地损毁小鼠的上丘γ-氨基丁酸能神经元或腹侧被盖区多巴胺能神经元。此后,即便黑暗突然降临,小鼠也浑然不觉。

“过去大家对光影响睡眠的研究主要集中在光照周期和生物节律的关系上。”未参与这项工作的中科院院士、浙江大学教授段树民对《中国科学报》说,“而目前这个成果的特色在于,他们研究的是光线本身如何调控睡眠。”

尽管人脑和鼠脑在结构上有很多相似之处,但人类和鼠类在睡眠中对光照的反应恰恰相反。小鼠的觉醒机理研究越透彻,就越让人好奇昼行性动物和夜行性动物究竟在哪一个环节上背道而驰、南辕北辙。

黄志力说:“现代生活中普遍存在的异常光照会破坏生物节律,导致睡眠紊乱。虽然夜行性动物的睡眠和觉醒条件跟人类相反,但是足以证明上述神经结构在这个过程中起到了重要作用。我们希望这些研究能为临床探索治疗生物节律紊乱性睡眠障碍提供思路,比如研发特异性的靶向药物,或者通过磁疗、超声、微波等物理性疗法作用于这些靶点,为睡不好的人点亮新的希望。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.12.031

《中国科学报》 (2019-02-15 第1版 要闻)
 
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