科學家們發(fā)明一種方法控制果蠅睡眠的時間安排和持續(xù)時長,，發(fā)現(xiàn)睡眠有助于形成長期記憶
圖片版權(quán)歸Scott Loebl, ?sa Winther和Cassandra van Dunk所有
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生命最偉大的未解決的難題之一：我們?yōu)槭裁匆遊1]？
如今,，研究人員已設計了一種工具來幫助回答這種問題---一種允許科學家們誘導果蠅睡眠，因而來研究睡眠的正面影響,，而不是像大多數(shù)睡眠研究那樣只是簡單地剝奪實驗對象的睡眠來研究它的負面影響,。
利用這種方法，來自圣路易斯華盛頓大學的科學家們已發(fā)現(xiàn)睡眠促進果蠅長期記憶的形成,。這些結(jié)果[2]于本周發(fā)表在Science雜志上,，也是第一次從實驗上將兩種在睡眠研究上看似不一致的理論統(tǒng)一在一起。
德國盧貝克大學(University of Lubeck)的一名著名的睡眠研究人員Jan Born(未參與這項研究)說,，“這就是未來希望所在”，“我們需要一種方法,，一種方式,，或者一種工具來從實驗上誘導睡眠。”
來自華盛頓大學的該項研究的主要研究人員Paul Shaw說,，“現(xiàn)在我們問一些我們以前不能夠問的問題”,，“我認為很多人將會以非常令人神奇的方式使用這種工具”,。
Born說，研究睡眠的最為常見的方法---剝奪實驗對象的睡眠,，然后試著推斷睡眠的功能,，這“不是邏輯法”。他解釋道,，缺乏睡眠會導致應急反應(stress response),，這會遮蓋或模糊實驗結(jié)果。“誘導睡眠或增強睡眠的能力在這個領域里是非常比較有意義的,，而且也能更加顯著性地產(chǎn)生顯著性的結(jié)果。”
為了在果蠅上誘導睡眠,，Shaw和他的研究小組研究一種在稱作背側(cè)扇形體(dorsal fan-shaped body)的大腦部分中表達細菌鈉通道的果蠅物種,。當這種通道打開時，它使得這一區(qū)域的神經(jīng)元更加容易興奮,，從而給大腦剩余部分發(fā)送入睡的信號。為了使得果蠅在預定的時間睡眠,，研究小組改造這種通道為溫度敏感性的通道，這樣它只能在31攝氏度打開---比正常的果蠅室溫高6度。因而,，研究小組能夠僅僅通過加熱的方式讓果蠅睡眠,。他們也能夠根據(jù)需要讓這些果蠅蘇醒過來，使用一種器具推動這種昆蟲,，讓他們行走起來。
為了確定睡眠在果蠅上的影響,，研究小組設計了實驗來測試兩種主導性的理論：突觸動態(tài)平衡(synaptic homeostasis),，即神經(jīng)元間聯(lián)系在蘇醒時增強，而在睡眠時減弱,，從而修剪掉一天當中當中創(chuàng)建的突觸,，因而只留下有那些最強的突觸間聯(lián)系保持完好；和記憶強化,，即睡眠的目的是重放和強化昨天的記憶，激活某些突觸間聯(lián)系從而使得它們變得更加健壯,。
為了測試突觸動態(tài)平衡理論,，將果蠅放置在社會豐富的環(huán)境中，跟大量其他的蒼蠅在一起,。隨后,，研究人員要么誘導果蠅睡眠，要么不誘導它們?nèi)胨?，然后教它們一種求偶儀式(courtship ritual)。在經(jīng)歷豐富的社會環(huán)境后很快入睡的果蠅對那種意義形成了長期的記憶,；而那些沒有入睡的果蠅則沒有保持這種記憶,。這些研究結(jié)果支持這種理論，表明突觸在遭受喚醒,、刺激,，和修剪以便為形成新的記憶騰出空間之后，睡眠是讓突觸重新進入正常狀態(tài)所必不可少的,。本周發(fā)表在Science雜志上的第二篇論文[3]也為這種突觸動態(tài)平衡理論模型提供了另外的證據(jù)。
Shaw的研究小組然后通過利用設計的一個程序來培訓果蠅讓它們形成短期記憶的方式,，來測試記憶強化理論,。令人吃驚的是，當培訓之后馬上誘導果蠅入睡之后,，果蠅能能持續(xù)幾天而不是僅僅幾個小時保持記憶---支持記憶強化理論模型,，即睡眠強化突觸間聯(lián)系和記憶。
Born說，“就我所知,，這是第一次通過實驗證實這兩種理論得到數(shù)據(jù)的支撐”，“兩種過程能夠同時發(fā)生......其中一種過程能緩解大腦因太多突觸間聯(lián)系而帶來的壓力和另一種過程則維持和增強長期的記憶”,。
1. Kelly Rae Chi, “Disappearing Before Dawn”, The Scientist, 2009-04-01, Vol 23(4), Page: 34.
2. J. Donlea, et al., “Inducing sleep by remote control facilitates memory consolidation in Drosophila,” Science, 332:1571-1576, 2011.
3. Daniel Bushey et at., “Sleep and Synaptic Homeostasis: Structural Evidence in Drosophila”, Science, 332:1576-1581, 2011.
\\生命科學論壇\\ towersimper 編譯
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