今天睡好,明天学好

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睡眠,被定义为一种与环境可逆断开的状态(1),是生活中不可分割的一部分。在这种快节奏的生活中,你可能会认为睡眠是浪费时间和不必要的,影响工作效率。但是,没有什么比真相更远的了。世界各地的睡眠研究人员都在试图了解睡眠最重要的生理功能是什么。说睡眠使大脑得到休息是过于简单的,这也不完全正确,因为大脑许多部分的神经元活动在睡眠时不会明显减缓。那么,睡眠有什么作用呢?

观察睡眠的生物学功能的方法之一就是观察你不睡觉时会发生什么。我们所有人都经历过在考试期间、飞行穿越全球时区等不同程度的睡眠剥夺。这通常表现为易怒、注意力不集中、情绪不稳定,从而影响我们的日常生活质量。正如你可能已经注意到的,睡眠债务越大,补偿性睡眠也就越深。这被称为“睡眠内稳态”——因此人们无法真正适应低于所需睡眠量的情况。到目前为止,从果蝇到人类的所有研究物种都是如此。动物研究表明,长期睡眠不足是致命的。从动物的角度来看,以不参与其他活动为代价而睡眠并与环境“脱节”几乎会让动物感觉适得其反,更重要的是,这会让它们更容易受到捕食者的攻击。因此,睡眠必须具有更高的普遍功能来抵消这种风险。一个简单而优雅的假说被称为突触稳态假说(SHY),试图解释睡眠的这一基本功能(1,2)。

醒着的时候发生了什么?我们知道,大脑的可塑性非常强突触的数量和效力总是在不断变化。醒着的时候,我们与环境互动并获取信息。由于清醒时大脑中去甲肾上腺素含量高,这在我们的大脑中表现为长期增强(LTP)和突触强度的整体增加。这一特点使我们能够学习新的事实,产生新的记忆,适应我们的环境。我们在清醒时吸收大量信息,导致突触强度的变化,并建立新的联系。同样,为了让重要的信息渗透到大脑深处的其他神经元群中,连接必须得到加强。因此,净突触强度的增加是清醒状态的一个标志。此外,生物化学标记和树突形态学研究也为这一假设提供了证据。

现在,让我们考虑一个场景,该过程将持续很长时间。你几乎可以把它想象成一个杂草丛生的玫瑰丛。但这将对空间和能源资源造成损害,使这一过程在很长一段时间内不可持续。此外,如果所有的连接都加强了,神经元就会变得越来越兴奋,这就会导致大脑中产生高“噪音”,从而难以识别真正的信号,从而损害进一步的学习过程。因此,需要对突触进行调节,使其恢复到可持续水平,从而使能量消耗、信噪比和学习能力恢复到基线水平。

在清醒的时候,所有的输入都是持续的,所以大脑很难调节突触的强度。然而,在睡眠期间,没有外部输入,因此,这正是大脑“离线”取样神经元输入并决定哪些突触应该保留,哪些应该修剪的最佳时间。这是一个自我平衡的过程,因为所有的突触都缩小到一个相似的范围,同时保持突触的相对强度。大脑神经元经历局部或大规模的SWA或慢波活动,其中同步波活动导致突触强度整体下降或突触缩放。在睡眠期间降低信号噪声比,使记忆巩固,并在随后醒来时进行新的学习。

所以,今天睡个好觉,这样你的大脑就为明天的学习做好了准备。引用突触稳态假说的作者的话——睡眠是“可塑性所付出的代价”(3)

  1. Tononi, G.和Cirelli, C.(2012)是时候害羞了?关于睡眠与突触稳态的一些评论。神经体2012, 415250年。
  2. 弗兰克,M.G.(2012)消除睡眠中的突触:是时候害羞了吗?神经体2012, 264378年。
  3. Tononi, G.和Cirelli, C.(2012)睡眠功能与突触稳态。睡眠医学牧师1049 - 62。
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Anupama葛

产品专家,基因识别Promega公司
Anupama是Promega公司基因身份营销团队的一名产品专家。她在印度新德里的尼赫鲁大学(Jawaharlal Nehru University)完成了研究生工作,并在加州大学欧文分校(UC Irvine)和麦迪逊大学(UW Madison)进行了神经生物学和药理学博士后培训。她和丈夫以及11岁的儿子住在麦迪逊。阿努喜欢和家人在一起,读书和拉小提琴。

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2的评论

  1. 谢谢凯伦!在这幅画中,我认为那是一个耳套,尽管它似乎是戴在太阳穴上而不是耳朵上。

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