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科学家发现脑电路对于睡眠-觉醒周期至关重要

2019-06-12 13:26:54 明星绯闻120℃

  科学家发现脑电路对于睡眠 - 觉醒周期至关重要

  2016年9月5日

  斯坦福大学医学院的科学家已经确定了一个对睡眠 - 觉醒周期不可或缺的脑电路。同样的回路也是奖励系统的一个关键组成部分,这是一个相互关联的大脑群的群岛,对于促进动物(包括人类)生存和繁殖所必需的行为至关重要。

  直觉上,奖励系统会激发目标导向的行为,例如逃离掠食者或寻找食物,以及我们的睡眠 - 觉醒周期,在某些时候会相互协调。你不能在睡梦中寻找食物,除非你是一个熟练的梦游者。相反,当你对前方的一天感到兴奋时,起床会容易得多。

  但是,在这项研究之前,精神病学和行为科学教授Luis de Lecea博士说,在大脑的奖励和觉醒系统整合之前,没有精确的解剖位置。

  研究人员的研究结果将于9月5日在线发表在Nature Neuroscience上。 De Lecea是资深作者。主要作者是博士后学者Ada Eban-Rothschild,博士。

  “这具有潜在的巨大临床意义,”德莱恰说。 “失眠,一个数十亿美元的制药公司市场,传统上一直用苯二氮卓类药物治疗,非特异性地关闭整个大脑。现在我们看到开发治疗方法的可能性,通过狭隘地针对这个新发现的电路,可以诱导更高质量的睡眠。

  根据美国国立卫生研究院的数据,大约25%至30%的美国成年人会受到这种或那种类型的睡眠障碍的影响。此外,睡眠 - 觉醒节律的破坏代表了许多不同的神经精神疾病,并且被理解为加剧了它们。

  de Lecea说,精神科医生询问病人的第一个问题是,“你的睡眠怎么样?”

  脊椎动物的相似性

  所有脊椎动物的奖励系统都是类似的,从鱼类,青蛙和猎鹰到渔民和时装模特。一种叫做多巴胺的化学物质在激发这种电路中起着至关重要的作用。

  神经科学家知道,特定的脑结构,腹侧被盖区域或VTA,是许多多巴胺分泌神经纤维的起源,这些神经纤维在离散的大片中运行到大脑的许多不同部位。多个这些纤维进入伏隔核,前脑结构特别涉及在预期或响应于获得所需目标时产生愉悦感。

  “由于许多通过刺激多巴胺分泌而起作用的安非他明等激活药物的药物也能使使用者保持清醒,因此很自然地会问多巴胺在睡眠 - 觉醒周期以及奖励中是否起关键作用,”

   Eban-Rothschild说。 “但是,部分由于现有的技术限制,早期的实验文献已经发现了很少的连接证据,事实上,这表明该电路可能并不那么重要。”

  对于这项新研究,研究人员在几个方面采用了生物工程的雄性实验室小鼠,以便利用先进技术远程激发,抑制和监测来自小鼠VTA的多巴胺分泌神经细胞的活性。研究人员还测量了小鼠的整体大脑活动和肌肉张力,以确定小鼠睡眠或觉醒的相对阶段。他们用摄像机查看老鼠的行为。

  在小鼠中观察到

  总体而言,VTA发出的多巴胺分泌神经细胞的活动在醒来时上升,并且在小鼠清醒时保持升高。相反,当老鼠过渡到睡眠状态时,这种活动会逐渐减少,而当他们蹒跚而行时,这种活动会保持低水平。激活这种神经细胞群体足以唤醒动物从良好的睡眠中醒来并使它们长时间保持清醒,即使在小鼠昼夜循环中的一个点上,它们通常会被击倒。控制动物,其VTA活动没有同样地被抬起,从放置在所有小鼠笼子中的材料颗粒构建了小巢,然后立即掉落。

  相关故事新近开发的干细胞技术显示治疗PD患者的前景自我报告的睡眠持续时间是测量儿童睡眠的有用工具,研究表明,晚上运动不会对睡眠产生负面影响,也可能减少饥饿时相反,科学家们抑制了同一神经细胞的活动在小鼠24小时循环的典型活跃期间,小鼠出来,通过确定的唤醒触发器的存在打瞌睡:美味的高脂肪食物,女性或引起恐惧的狐狸尿。

  在一个不熟悉的笼子里的老鼠通常会积极地探索他们的新环境。事实上,受VTA抑制的老鼠在新笼子中度过的最初45分钟内保持清醒状态。但是Eban-Rothschild注意到了一些事情:他们花了很长时间来筑巢。

  “他们非常小心,”她说。一旦他们对他们建造的东西感到满意,他们就会打瞌睡。

  Eban-Rothschild补充说,当VTA活动受到抑制时,这不仅仅是一些刻板的行为。 “如果我们将他们已经在他们通常的笼子里建造的巢穴放入新的笼子里,他们就会爬进来并且正确地睡觉。”

  在不熟悉的笼子里的对照小鼠跑来跑去,要么忽略放置在里面的嵌套材料的颗粒,要么将这些材料散布在整个笼子里。

  筑巢活动

  Eban-Rothschild分析了动物在新环境中行为的录像,并在相应的时间范围内将1秒视频片段与记录的大脑活动相关联。她发现与建筑巢穴直接相关的行动标志着VTA活动减少,而非行动则与更高水平的VTA活动相关联。

  “我们知道刺激大脑的多巴胺相关电路会增加目标导向的行为,例如食物和性寻求”。

   Eban-Rothschild说。 “但是这项新的研究表明,至少有一种复杂的行为不是通过刺激而是通过抑制这种电路来诱导的。有趣的是,这种行为 - 筑巢 - 对于老鼠的睡眠准备至关重要。

  de Lecea说,之前没有人注意到这一点。 “这是大脑中睡眠准备起始位点的第一个发现。我们人类很可能也有一个人。如果我们通过阅读电子邮件或玩电子游戏来破坏这种准备工作,这不仅可以发光,而且可以充电我们的情绪并使我们的VTA多巴胺能电路继续运行,很容易理解为什么我们可能难以入睡"

  注意到这个预期阶段往往是许多人睡眠问题的根源,de Lecea建议新发现的电路可以成为药物干预的目标,帮助人们进入睡眠状态。

  “我们有足够的药物来对抗多巴胺,”他说。 “也许在恰当的时间给予一个人正确剂量的具有恰当药代动力学特性的药物,这样它的效果会在正确的时间消失,这比用苯二氮卓类药物轰击大脑要好得多。

   ,这会摧毁整个大脑。“

  他说,他也看到针对VTA多巴胺分泌神经细胞的药物可能有益于那些患有精神分裂症或双相情感障碍等神经系统疾病的人,这些疾病的特征是睡眠 - 觉醒周期紊乱。

  “可能只是解决睡眠 - 觉醒部分会清除很多症状”。德莱恰说。

  资料来源:斯坦福大学医学中心

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