Nature：“梦醒时分”的秘密

　　

生物通报道：来自美国威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员发现了大鼠睡眠与清醒状态之间过渡的神经活动机制，并且提出长时间保持清醒的大鼠，皮层神经元会出现短暂关闭的现象，而且这种关闭是随机性的。这一研究成果公布在Nature杂志上。

领导这一研究的是威斯康辛大学麦迪逊分校的著名精神学教授Giulio Tononi，这位教授是睡眠研究领域的权威，特别是睡眠成因的研究方面，他对于意识的本质也有所研究，曾与Edelman Gerald M.合著了“物质如何转变为精神（意识的宇宙）”“Selection and the brain”等书。

人们一直希望能了解自身的睡眠和清醒状态的神经活动，但是至今对于这两种状态下的神经活动，以及这两种状态的过程了解不多，之前Tononi教授曾经分析过人为何需要睡眠，获得了是因为“减轻或减少神经突触的强度或数目”的假说，但其中具体的机制仍然不清楚。

在这篇文章中，研究人员分析了长时间保持清醒的大鼠，在多个位点追踪大鼠大脑皮质的电活动，通过大脑波长检测，他们发现这些行为上还处于清醒状态的大鼠的皮质神经元会出现“掉线”的现象，就像在睡眠状态中一样，但这种变化是局部地、零散地发生的。Tononi教授解释道，“清醒大鼠的这些疲劳神经可能就是造成，缺乏足够睡眠而引起的注意力下降，判断力减低，以及烦躁易怒的原因”，“让我们惊讶的是，在这些睡眠被剥夺的大鼠大脑中，一些神经元亚群会出现‘掉线’的情况，但这种情况是局部性质的。”

研究人员为了能保持大鼠的清醒状态，不断的往大鼠笼子里放入新鲜的“玩具”——彩球，盒子，方块，以及一些散发其它大鼠气味的东西，研究人员发现这些大鼠越想睡觉，越多皮层神经元就会关闭，而且这种关闭好像是随机性的出现在不同的位置。Tononi教授认为这种暂时的关闭是为了保持平衡，部分弥补睡眠调控。

这项研究表明青春期没有充足的睡眠会产生不利的情绪和心理，从而影响大脑的发育。而且这项研究也说明大脑发育过程中睡眠模式的改变，可以作为神经连接健康性的指标，尤其对于儿童期-青少年期这段关键时间来说具有重要的意义。

Tononi教授研究组之前曾解析过睡眠的奥秘，他们发现当我们是清醒的时候，大脑的各个部分通过神经元及化学介质在整个大脑网络中不断的进行通信。就像由客户机、路由器与服务器组成的Internet，各个不同的计算机在不断的进行数据交流。然而在深度睡眠的时候，大脑的不同节点之间就都失去了联系。

研究人员采用了一种非侵入性方式对大脑各个被选定的部位进行刺激，通过对被试大脑上安装电极进行监测，以确定每个刺激所触发的大脑其它部位的反应。在清晨，当被试在做梦的时候，在他们大脑所监测到的信号与他们清醒时很相似。但是在深夜，当被试处于深度睡眠的时候，监测结果就大大的不同了。这这个新的发现表明了意识是依靠大脑对信息的整合能力，大脑在这个阶段的区域化状态，能使平时帮助连接形成思考的神经突触们得到休息。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Local sleep in awake rats

In an awake state, neurons in the cerebral cortex fire irregularly and electroencephalogram (EEG) recordings display low-amplitude, high-frequency fluctuations. During sleep, neurons oscillate between ‘on’ periods, when they fire as in an awake brain, and ‘off’ periods, when they stop firing altogether and the EEG displays high-amplitude slow waves. However, what happens to neuronal firing after a long period of being awake is not known. Here we show that in freely behaving rats after a long period in an awake state, cortical neurons can go briefly ‘offline’ as in sleep, accompanied by slow waves in the local EEG. Neurons often go offline in one cortical area but not in another, and during these periods of ‘local sleep’, the incidence of which increases with the duration of the awake state, rats are active and display an ‘awake’ EEG. However, they are progressively impaired in a sugar pellet reaching task. Thus, although both the EEG and behaviour indicate wakefulness, local populations of neurons in the cortex may be falling asleep, with negative consequences for performance.