究竟，是“誰”在大腦里，掌控著我們的睡眠與覺醒？

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所段樹民教授課題組，發(fā)現(xiàn)了這一秘密。近日，相關(guān)論文，在《CELL》（《細(xì)胞》）子刊《Current Biology》（《當(dāng)代生物》）上發(fā)表。

論文的第一作者，則是段樹民教授的學(xué)生、浙大神經(jīng)生物專業(yè)博士研究生韓勇。

這一秘密，就是基底前腦中的“少數(shù)派”——膽堿能神經(jīng)元。它只占基底前腦神經(jīng)元的5%，卻影響著大腦皮層的眾多神經(jīng)元的活動，“操控”著我們的入睡與蘇醒。

世界衛(wèi)生組織調(diào)查發(fā)現(xiàn)

四成中國人有睡眠障礙

睡眠里，總是時而有夢，時而無夢。其實，這恰恰是不同睡眠狀態(tài)的反應(yīng)。有夢時，為“快波睡眠”，這時大腦并沒有休息，而是處于興奮狀態(tài)。無夢時，為“慢波睡眠”，大腦皮層活動相對安靜下來。我們的睡眠，總是在“快波”與“慢波”之間，周期性地切換。一般來說，“慢波睡眠”占到總睡眠的80%，而“快波睡眠”只有一兩個小時。

據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查，全球約30%的人存在各種睡眠問題。其中中國人群的睡眠狀況更為糟糕，近年，高達(dá)40%以上的中國人出現(xiàn)睡眠障礙。以往的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們大腦興奮時，基底前腦中的膽堿能神經(jīng)元“異常活躍”。那么，這是否會影響睡眠呢？大腦結(jié)構(gòu)，繁復(fù)至極。而膽堿能神經(jīng)元，又只占了基底前腦的5%。

怎樣的精湛技術(shù)，才能精準(zhǔn)無誤地對它探秘？

“我們采用了光遺傳學(xué)技術(shù)?！闭n題組成員、該論文通訊作者之一——浙大神經(jīng)科學(xué)研究所虞燕琴副教授介紹道。什么是光遺傳學(xué)技術(shù)？其實，我們的眼睛能看到光，與視網(wǎng)膜具有一種特殊的蛋白質(zhì)有關(guān)。在藻類植物中有一種離子通道也對光產(chǎn)生反應(yīng)，如果將這種光敏感蛋白，通過轉(zhuǎn)基因手段，植入某一種特定的神經(jīng)元上。這樣，一旦受到光刺激，通道就會打開，神經(jīng)元就可被人為地“操控”。

“少數(shù)派”膽堿能神經(jīng)元

操控著入睡與蘇醒

通過光遺傳學(xué)技術(shù)，課題組發(fā)現(xiàn)了一些有趣的現(xiàn)象。

當(dāng)小鼠處于“慢波睡眠”時，去刺激它的膽堿能神經(jīng)元，小鼠神奇般地被喚醒。有時，小鼠會被“催入”多夢的“快波睡眠”。一旦停止刺激，小鼠會再次入睡。當(dāng)小鼠處于“快波睡眠”時，去刺激它的膽堿能神經(jīng)元，小鼠沒有醒，而是被“催眠”得更深。它的有夢睡眠，會延長。其實，無論哪種狀態(tài)，都意味著，小鼠被刺激后，出現(xiàn)大腦皮層興奮或是延長興奮。

小鼠總愛白天睡覺，晚上活動。課題組還發(fā)現(xiàn)，晚上，小鼠處在清醒活躍期，這時如果長時間（1小時以上）地刺激它的膽堿能神經(jīng)元，到了白天，小鼠就會失眠?！斑^度興奮，會有失眠表現(xiàn)。而失眠與焦慮和抑郁癥有密切關(guān)系，但是，失眠與焦慮之間究竟何為因何為果，還不能立即下定論?！倍螛涿窠淌谡f。在現(xiàn)實生活中，抽煙的確會起到興奮膽堿能神經(jīng)元的類似作用，使人興奮。

“將來，我們也許可以從膽堿能神經(jīng)元入手，治療失眠。因為，既然能刺激膽堿能活動，使大腦興奮，就能可能通過抑制膽堿能活動，使大腦安靜?！彼A(yù)言。下一步，課題組將著手研究哪些因素可讓人入睡。　　

延伸閱讀：

“腦計劃”：把大腦看得更清楚

“腦計劃”目前是世界生物醫(yī)學(xué)的重大課題之一。美國國會批準(zhǔn)2014財政年為腦計劃撥款1.1億美元，美國國立衛(wèi)生研究院發(fā)布了一個指南，計劃用3年時間主要集中研究6類領(lǐng)域，以利于研發(fā)觀察大腦神經(jīng)元的新技術(shù)和新方法?！澳X計劃”是繼人類基因組計劃之后另一個宏偉的科學(xué)研究計劃，看清大腦的技術(shù)（腦成像技術(shù)）是研究大腦的基礎(chǔ)。

無論是活體大腦還是死亡的大腦，里面都有脂質(zhì)，當(dāng)用顯微鏡觀察大腦時，光線透過脂質(zhì)就像陽光照射在油面上一樣會產(chǎn)生七色光彩，導(dǎo)致難以觀察到大腦內(nèi)部的細(xì)微結(jié)構(gòu)。同時，脂質(zhì)也排斥很多物質(zhì)，需要對大腦進(jìn)行切片才能標(biāo)記一些特殊類型的細(xì)胞，這也讓“腦計劃”中的重要研究——統(tǒng)計大腦細(xì)胞類型變得十分困難。

美國斯坦福大學(xué)卡爾·迪賽諾思團(tuán)隊最近研發(fā)出一種清晰技術(shù)，可將小鼠大腦中的脂質(zhì)分離和沖洗出來，獲得完整透明的3D大腦，大腦中的神經(jīng)元、軸突、樹突、突觸、蛋白、核酸等都完好地保持在原位。然后，研究人員再用熒光抗體處理小鼠大腦，能清楚看到大腦中的各類物質(zhì)和分子。研究人員還可通過電子顯微鏡揭示大腦內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)，例如神經(jīng)元相結(jié)合的部位——突觸。

在清晰技術(shù)發(fā)明之前，也可以用數(shù)字技術(shù)來制作大腦的3D成像，但非常耗時和繁復(fù)。首先需要將大腦的組織切成數(shù)百個甚至數(shù)千個薄片，然后詳細(xì)掃描每個薄片的影像并輸入計算機(jī)，再精心調(diào)整各部分的位置。遇到精微的部分，如神經(jīng)細(xì)胞的接觸點——軸突，則更加費時，因為一個軸突大約相當(dāng)于人的頭發(fā)直徑的1/100。在制作時不僅耗費大量的計算機(jī)操作時間，還容易產(chǎn)生明顯誤差。

現(xiàn)在，利用清晰技術(shù)制作和還原3D透明大腦不僅時間快，而且準(zhǔn)確，能讓人們清晰地看見大腦中的結(jié)構(gòu)和分子。迪賽諾思團(tuán)隊目前不僅能制作小鼠的透明3D大腦，還把一名已死亡的自閉癥患者的大腦部分區(qū)域制作成透明3D大腦。

清晰技術(shù)是一個巨大的進(jìn)步，但比較昂貴，也可能存在危險，因為該技術(shù)需要使用的丙烯酰胺有劇毒和致癌性，只能用以觀察死亡的大腦，不能觀察活體大腦。要觀察活體大腦，可能需要找到新的不致癌的物質(zhì)和易于應(yīng)用的技術(shù)。隨著清晰技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)和完善，當(dāng)大腦能被清楚地看見時，研究大腦就會變得更為容易，解開大腦的秘密也會水到渠成。