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睡眠的重要性众所周知，失眠危害健康也非常明确。但睡眠剥夺或睡眠障碍为什么导致危害，这背后的病理基础其实并不非常了解。最近对小鼠的研究表明，睡眠剥夺的危害能导致神经连接方式变化，这就厉害了。这种发现类似过去严重应激反应对大脑神经细胞伤害，甚至导致海马内神经元死亡的后果类似。有学者认为这是技术上的创举，真不为过。主要是研究建立了一种能更精准分析神经联系特征的方法。
睡眠剥夺不仅让我们成为更糟糕的学习者，还扰乱了我们的记忆，带来了其他种种伤害。现在，一项在小鼠中进行的研究表明，这些效应中的一些可能源于大脑细胞之间连接方式的变化。
今天发表在《当代生物学》上的一篇论文中，研究人员展示了仅几小时的睡眠剥夺就减少了与学习和记忆相关的大脑区域中不同类型的突触——神经元相遇的地方——的数量。研究团队表示，这一发现暗示了睡眠可能帮助我们保持敏锐的一种新方式。
这项研究“是一项技术上的壮举”，未参与这项工作的华盛顿州立大学的神经科学家Marcos Frank说。尽管如此，他和其他人士警告说，目前尚不清楚这一结果是否解释了睡眠剥夺的不愉快副作用。
神经细胞通过突触上的化学物质相互遇见和交流，允许信号通过神经系统传递。人类大脑中有数万亿这样的连接，形成和重新排列捕获和存储信息的神经元电路。各种理论试图援引这些连接来解释睡眠和记忆之间的关系。一个来自2000年代初的著名观点认为，当我们睡觉时，大脑中突触的强度会下降，这对于保存能量和为第二天编码新信息做准备是很重要的。
但是，爱丁堡大学的神经科学家Seth Grant说，这样的理论通常将突触视为相对均匀的。在过去几年中，他的团队和其他人发现突触出奇地多样化。它们不仅在使用来发送信号的化学物或神经递质的类型上有所不同，而且在结构和周围神经元中蛋白质的组成上也有所不同。
Grant和同事之前开发了一种技术，可以对大脑中的这种多样性进行快照。首先，他们改造了小鼠，使其产生两种在突触处制造的、经过充分研究的蛋白质的荧光版本：PSD95和SAP102，这些蛋白质在神经元内聚集了很多其他蛋白质。然后，他们使用显微镜对这些小鼠的大脑进行了成像，并根据PSD95、SAP102或两者都存在的情况将每个突触分为三种类型。结合有关每个突触的大小和结构、每种蛋白质的浓度以及蛋白质循环速度的信息，他们得出了总共37种不同的亚型。
在当前的研究中，Grant和他的团队调查了这组突触——研究人员称之为“突触组”的——如何随着睡眠剥夺而变化。为此，他们将正常睡眠量的小鼠与被研究人员用刷子轻轻戳或敲打笼子以保持清醒6小时的小鼠进行了比较。脑部图像显示，尽管突触总数相对稳定，但在睡眠剥夺的动物中，尤其是在与学习和记忆相关的两个大脑区域：皮层和海马体中，亚型的多样性有所下降。特别是，快速循环蛋白质的突触数量减少了，而慢速循环的突触增加了。
目前尚不清楚睡眠剥夺如何驱动这种转变，尽管Grant指出，一些先前的研究已经表明缺乏睡眠可能会减慢细胞中蛋白质的合成。总的来说，不过，这些发现表明睡眠在保持大脑记忆相关区域突触多样性方面起着重要作用，他说——或许有助于解释为什么当我们没有获得足够的睡眠时间时，记忆会受到影响。
伦敦大学学院的神经科学家Jason Rihel补充说，大多数先前的研究根本无法区分突触的差异，更不用说展示它们是如何在整个动物大脑中响应睡眠剥夺而变化的了。然而，他和其他研究人员说，这些变化是否能解释我们在一夜无眠后感觉糟糕的原因，或者我们为何需要睡眠的原因，还有待观察。
哈佛医学院的神经生物学家Dragana Rogulja说：“最大的困难真的是要筛选[大脑中所有这些变化]并弄清楚哪些是功能相关的。”她补充说，该团队论文中的其他数据表明，尽管突触组随睡眠剥夺而变化，但在常规的睡眠-觉醒周期中相对稳定，这引发了关于什么维持了它在一个正常日子里的问题。
Frank同意，目前尚不清楚这些发现对于解释睡眠的功能有多重要。“我认为保持突触多样性是解决睡眠之谜的答案吗？还不是。但这个新颖的视角让我很感兴趣。”
睡眠不足是一个全球性问题，对认知和心理健康产生了严重影响。1 突触在许多认知方面起着核心作用，包括睡眠期间记忆巩固的关键功能。2 干扰突触蛋白的正常表达或功能是超过130种脑部疾病中认知、情绪和其他行为问题的原因。3 据报道，睡眠剥夺（SD）还会改变突触蛋白组成和突触数量，尽管结果存在冲突。4,5,6,7 在我们的研究中，我们对小鼠大脑的125个区域进行了兴奋性突触的突触组映射，发现睡眠剥夺选择性地减少了皮层和海马CA1区域的突触多样性。睡眠剥夺针对特定类型和亚型的兴奋性突触，同时保持了总的突触密度（突触数量/面积）。具有较长蛋白质寿命的突触亚型对睡眠剥夺表现出弹性，类似于在衰老和遗传扰动中的观察。此外，改变的突触组架构影响了对神经振荡的反应，这表明睡眠通过维持大脑的突触组架构在保护认知功能方面发挥着至关重要的作用。
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