經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在清醒狀態(tài)下忙十幾個(gè)小時(shí)之后,，我們的大腦幾乎不能吸收任何東西了,；但睡了一覺之后，我們又精神抖擻了,。
睡眠對(duì)大腦應(yīng)對(duì)環(huán)境的能力非常重要,。這種被稱為可塑性的能力，是學(xué)習(xí)能力的關(guān)鍵,。美國(guó)威斯康辛大學(xué)醫(yī)學(xué)和公共衛(wèi)生學(xué)院的科學(xué)家用幾種方法證實(shí),，在小鼠清醒的時(shí)候，神經(jīng)細(xì)胞的突觸比其在睡眠的時(shí)候強(qiáng),。相關(guān)論文發(fā)表在2008年1月20日《自然—神經(jīng)學(xué)》（Nature Neuroscience）上,。
該項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)證實(shí)了他們關(guān)于睡眠作用的假說：當(dāng)人們睡眠的時(shí)候，突觸將變小,，以便為新的一天做準(zhǔn)備,，為新的一輪學(xué)習(xí)和突觸增強(qiáng)做準(zhǔn)備,。這一假說目前還有高度的爭(zhēng)議性。
精神病學(xué)副教授,、該項(xiàng)研究的作者Chiara Cirelli說,，人的大腦耗費(fèi)將近80%的能量供給突觸的生理活動(dòng)。在各種刺激下,，突觸不斷增加,，神經(jīng)連接不斷增強(qiáng)。大腦中數(shù)以百萬的神經(jīng)元,，每一個(gè)都包含數(shù)千個(gè)突觸,，其需要消耗的能量可想而知。Cirelli說,，這種方式消耗的能量是巨大的,，是無法持久的。這意味著我們要有一個(gè)休息期,，讓我們不必再對(duì)環(huán)境的刺激作出反應(yīng),，讓突觸的活動(dòng)有機(jī)會(huì)停下來。Cirelli認(rèn)為,，這就是為什么所有的活體都需要休息,。如果缺乏睡眠，大腦就會(huì)到達(dá)一個(gè)飽和點(diǎn),，此時(shí)它消耗的能量已經(jīng)超出負(fù)荷,，存儲(chǔ)的能量無法再供給突觸的活動(dòng)，就沒有能力進(jìn)一步學(xué)習(xí)了,。
為了驗(yàn)證這個(gè)理論,，研究人員對(duì)小鼠進(jìn)行了分子生物學(xué)和電生理的研究，以確定睡眠和清醒期間,，突觸的增強(qiáng)或弱化作用,。在其中的一組實(shí)驗(yàn)，他們測(cè)量小鼠大腦切片中特定受體或結(jié)合位點(diǎn)的數(shù)量,，而這些受體或結(jié)合位點(diǎn)是位于突觸上的,。
Cirelli表示，近來的研究已證實(shí),，突觸的活性越高,，進(jìn)入突觸的谷氨酸受體越多，突觸的體積也就越大,，變得越強(qiáng),。
研究小組驚奇地發(fā)現(xiàn)，與睡眠的時(shí)候相比，小鼠在清醒的時(shí)候受體的數(shù)量差不多增多了50%,。
在第二個(gè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn),，這些科學(xué)家研究了有多少受體發(fā)生了磷酸化--這也是突觸增強(qiáng)的一個(gè)指標(biāo)。他們發(fā)現(xiàn),，清醒時(shí)磷酸化的水平遠(yuǎn)高于睡眠時(shí),。測(cè)量其他突觸增強(qiáng)時(shí)活躍的酶，結(jié)果也都一致,。
為了增加說服力,，Cirelli及同事也在活的小鼠中測(cè)量了由不同時(shí)期突觸變化引起的電信號(hào)。這個(gè)方法是在小鼠醒來或入睡后,，用電極刺激小鼠大腦的一邊,，然后在另一邊測(cè)量其“誘發(fā)反應(yīng)”。整個(gè)過程類似于作腦電圖,。
該研究再次證明,，在相同的刺激下，長(zhǎng)期清醒后的電反應(yīng),，比睡眠時(shí)要強(qiáng),。表明在清醒時(shí)突觸確實(shí)變得更強(qiáng)。
Cirelli說,，綜合上述結(jié)果,，這些分子生物學(xué)和電生理測(cè)量得到的數(shù)據(jù)非常復(fù)合假設(shè)，清醒時(shí)大腦的電路非常強(qiáng),，而睡眠可以讓它們維持在基準(zhǔn)水平以進(jìn)行恢復(fù),。
她和同事提出的上述理論，被稱作突觸平衡假說（synaptic homeostasis hypothesis）,，與目前許多科學(xué)家對(duì)睡眠如何影響學(xué)習(xí)的看法背道而馳?，F(xiàn)在科學(xué)家普遍認(rèn)為，睡眠時(shí)突觸的活性增高,，它們要不斷地鞏固清醒時(shí)獲得的信息,。
她說,，我們不這么想,。我們認(rèn)為學(xué)習(xí)僅僅是在我們醒著的時(shí)候進(jìn)行，睡眠的作用主要是維持我們大腦的最基本功能,，讓突觸保持精簡(jiǎn)和高效,。（來源：生物通 揭鷹）
（《自然—神經(jīng)學(xué)》（Nature Neuroscience）,，doi:10.1038/nn2035,，Vladyslav V Vyazovskiy，Chiara Cirelli）
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