睡眠会使大脑突触有怎样的影响

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　　文章来源：环球科学ScientificAmerican 微信公众号
　　

大脑突触

　　图片来源：Ian Cuming

　　你相信吗，睡眠可能会削弱脑中已有的神经连接？这一结论来自于最近的一项研究，在这项研究中，科学家观察了睡觉过程中大脑内的微妙变化。

　　研究者发现，睡眠对于使大脑中的突触（将神经元连接起来的部位）发挥正常功能至关重要。在我们睡觉的时候，突触会缩回约20%。在这段时间内，突触会进行充分的休息，为新一天接受新的信息输入、学习新事物做准备。

　　科学家说：“如果没有这段被称为‘突触稳态’的重置期，突触将会因为超负荷工作而崩溃，就像插线板接入过多电器后会烧坏一样。”

　　这项研究的共同作者，来自美国威斯康星大学麦迪逊分校睡眠与认知和中心的Chiara Cirelli博士说：“睡眠是突触功能重置的最好时机，因为当我们清醒的时候，我们总会被身边各种事物吸引，它们不断刺激我们的神经，迫使我们学习。”

　　Cirelli还告诉Live Science的采访记者：“在睡觉的过程中，我们的大脑受外部环境的影响较小，此时大脑可以对突触的状态进行评估，以一种聪明的方式使突触功能恢复到正常水平。”

　　早在2003年，Cirelli和她在美国威斯康星大学麦迪逊分校的同事Giulio Tononi博士就提出了“突触稳态假说”（synaptic homeostasis hypothesis，简称SHY）。

　　最近，Cirelli和Tononi观察到小鼠睡眠过程中的突触回缩现象，这是支持SHY的直接的视觉证据。这一复杂的实验持续了四年，研究结果发表在今年2月2日的《科学》（Science）杂志上。

　　研究者认为：“睡眠是人类为了保持大脑学习新事物的能力而付出的代价。”

　　英国牛津大学睡眠与节律神经科学研究所的主任Russell Foster（未参与这项研究）认为这是一项“做得非常漂亮清楚的工作”。Foster说，他们的发现支持了“睡眠对于记忆巩固与学习是必要的”这一观点。

　　几千年来，人类一直在探索睡眠的本质与意义。亚里士多德认为，睡眠有助于身体修复，在睡觉的过程中，身体受损的部分会被取代、重建。现代科学也支持了这一观点，研究人员已经找到了许多与修复和代谢相关，且只在睡眠时表达的基因。

　　Cirelli和Tononi主要关注睡眠对于大脑的影响。在2003年的一篇文章中，他们提出睡眠会影响突触生长过程的假说。突触是神经元间信息传递的通道，在白天，我们的大脑会不断输入新的信息，突触随之加强或变多，以适应信息传递的需求。但是突触不能无限加强，否则将会出现突触饱和现象，或者称之为“信息过载”。

　　研究人员在之前的文章中指出，突触在睡眠的过程中会被“修剪”，但是“修剪”未必需要身体处于睡眠状态，身体只是利用了睡眠中大脑信息流量减少这一优势。

　　为了找到支持这一假说的证据，研究人员以小鼠为模式动物，运用了可以分辨纳米尺度的突触回缩和扩张这一极细微变化的新型电子显微镜。他们发现，几个小时的睡眠平均可以使突触的大小减小18%。

　　Cirelli提到，他们还有一个有趣的发现：80%的突触都会在睡眠中被“修剪”，但是最大的那些突触却不会被“修剪”。研究人员认为，较大的突触可能与最为稳定和重要的记忆相关联，我们的大脑不希望忘掉它们。然而，大脑究竟通过何种机制决定“修剪”哪些突触，保留哪些突触，这还是一个未解之谜。

　　Foster说：“大脑在夜间修剪突触是一个重要的生理过程，这样才能保证白天暂时性的突触编码的大量信息不会将我们大脑中的信息网络弄瘫痪。修剪过程确保只有最为重要的信息被保留。”

　　Foster还表示，他可以想象到后续基于Cirelli-Tononi工作的实验将以小鼠为动物模型，研究生物昼夜节律（身体内部的时钟）、睡眠、突触修剪与精神疾病之间的联系。Foster说，精神疾病的一些主要特征就包括神经环路的破坏，睡眠缺乏以及受损的认知与记忆。今年，Foster与其他科学家合著的《生物昼夜节律：一个简短的介绍》（Circadian Rhythms： A Very Short Introduction ， Oxford University Press， 2017）将与大家见面。

　　Foster补充道，突触修剪也许是睡眠的一个核心特征，尤其对于相比于其他动物有更高级认知能力的人类来说。然而，突触修剪也可能只是睡眠的重要功能之一。在睡眠过程中，身体利用我们相对不活跃的状态完成一系列维持正常生命活动的必需过程。

　　因此，亚里士多德对睡眠的理解不无道理。