[转帖]大脑清醒时神经突触活性强

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经验告诉我们，在清醒状态下忙十几个小时之后，我们的大脑几乎不能吸收任何东西了；但睡了一觉之后，我们又精神抖擞了。

睡眠对大脑应对环境的能力非常重要。这种被称为可塑性的能力，是学习能力的关键。美国威斯康辛大学医学和公共卫生学院的科学家用几种方法证实，在小鼠清醒的时候，神经细胞的突触比其在睡眠的时候强。相关论文发表在2008年1月20日《自然—神经学》（Nature Neuroscience）上。

该项新发现证实了他们关于睡眠作用的假说：当人们睡眠的时候，突触将变小，以便为新的一天做准备，为新的一轮学习和突触增强做准备。这一假说目前还有高度的争议性。

精神病学副教授、该项研究的作者Chiara Cirelli说，人的大脑耗费将近80%的能量供给突触的生理活动。在各种刺激下，突触不断增加，神经连接不断增强。大脑中数以百万的神经元，每一个都包含数千个突触，其需要消耗的能量可想而知。Cirelli说，这种方式消耗的能量是巨大的，是无法持久的。这意味着我们要有一个休息期，让我们不必再对环境的刺激作出反应，让突触的活动有机会停下来。Cirelli认为，这就是为什么所有的活体都需要休息。如果缺乏睡眠，大脑就会到达一个饱和点，此时它消耗的能量已经超出负荷，存储的能量无法再供给突触的活动，就没有能力进一步学习了。

为了验证这个理论，研究人员对小鼠进行了分子生物学和电生理的研究，以确定睡眠和清醒期间，突触的增强或弱化作用。在其中的一组实验，他们测量小鼠大脑切片中特定受体或结合位点的数量，而这些受体或结合位点是位于突触上的。

Cirelli表示，近来的研究已证实，突触的活性越高，进入突触的谷氨酸受体越多，突触的体积也就越大，变得越强。

研究小组惊奇地发现，与睡眠的时候相比，小鼠在清醒的时候受体的数量差不多增多了50%。

在第二个分子生物学实验，这些科学家研究了有多少受体发生了磷酸化--这也是突触增强的一个指标。他们发现，清醒时磷酸化的水平远高于睡眠时。测量其他突触增强时活跃的酶，结果也都一致。

为了增加说服力，Cirelli及同事也在活的小鼠中测量了由不同时期突触变化引起的电信号。这个方法是在小鼠醒来或入睡后，用电极刺激小鼠大脑的一边，然后在另一边测量其“诱发反应”。整个过程类似于作脑电图。

该研究再次证明，在相同的刺激下，长期清醒后的电反应，比睡眠时要强。表明在清醒时突触确实变得更强。

Cirelli说，综合上述结果，这些分子生物学和电生理测量得到的数据非常复合假设，清醒时大脑的电路非常强，而睡眠可以让它们维持在基准水平以进行恢复。

她和同事提出的上述理论，被称作突触平衡假说（synaptic homeostasis hypothesis），与目前许多科学家对睡眠如何影响学习的看法背道而驰。现在科学家普遍认为，睡眠时突触的活性增高，它们要不断地巩固清醒时获得的信息。

她说，我们不这么想。我们认为学习仅仅是在我们醒着的时候进行，睡眠的作用主要是维持我们大脑的最基本功能，让突触保持精简和高效。（来源：生物通 揭鹰）

 

（《自然—神经学》（Nature Neuroscience），doi:10.1038/nn2035，Vladyslav V Vyazovskiy，Chiara Cirelli）

[em17]

这个实验很牛！我还以为这个结论可以推广至神经内分泌和免疫系统的某些方面。

这说明了神经细胞不能无限度地活动，也就是说：存在一种（乃至多种）限制神经细胞活性的生理限度。这些限制既可以是特定神经细胞的生理特性，也可以来自维持神经细胞活性的生理状态的平衡。

感谢楼主岁末之际发出此转贴。

在此祝愿JEFF和论坛的各位神经科学同好新年有新点子、新思路、新见解和新长进。

祝大家新年安好！

 

[em49]

以下是引用thinker_jeff在2008-2-5 1:18:00的发言：

科学网

经验告诉我们，在清醒状态下忙十几个小时之后，我们的大脑几乎不能吸收任何东西了；但睡了一觉之后，我们又精神抖擞了。

睡眠对大脑应对环境的能力非常重要。这种被称为可塑性的能力，是学习能力的关键。美国威斯康辛大学医学和公共卫生学院的科学家用几种方法证实，在小鼠清醒的时候，神经细胞的突触比其在睡眠的时候强。相关论文发表在2008年1月20日《自然—神经学》（Nature Neuroscience）上。

该项新发现证实了他们关于睡眠作用的假说：当人们睡眠的时候，突触将变小，以便为新的一天做准备，为新的一轮学习和突触增强做准备。这一假说目前还有高度的争议性。

精神病学副教授、该项研究的作者Chiara Cirelli说，人的大脑耗费将近80%的能量供给突触的生理活动。在各种刺激下，突触不断增加，神经连接不断增强。大脑中数以百万的神经元，每一个都包含数千个突触，其需要消耗的能量可想而知。Cirelli说，这种方式消耗的能量是巨大的，是无法持久的。这意味着我们要有一个休息期，让我们不必再对环境的刺激作出反应，让突触的活动有机会停下来。Cirelli认为，这就是为什么所有的活体都需要休息。如果缺乏睡眠，大脑就会到达一个饱和点，此时它消耗的能量已经超出负荷，存储的能量无法再供给突触的活动，就没有能力进一步学习了。

为了验证这个理论，研究人员对小鼠进行了分子生物学和电生理的研究，以确定睡眠和清醒期间，突触的增强或弱化作用。在其中的一组实验，他们测量小鼠大脑切片中特定受体或结合位点的数量，而这些受体或结合位点是位于突触上的。

Cirelli表示，近来的研究已证实，突触的活性越高，进入突触的谷氨酸受体越多，突触的体积也就越大，变得越强。

研究小组惊奇地发现，与睡眠的时候相比，小鼠在清醒的时候受体的数量差不多增多了50%。

在第二个分子生物学实验，这些科学家研究了有多少受体发生了磷酸化--这也是突触增强的一个指标。他们发现，清醒时磷酸化的水平远高于睡眠时。测量其他突触增强时活跃的酶，结果也都一致。

为了增加说服力，Cirelli及同事也在活的小鼠中测量了由不同时期突触变化引起的电信号。这个方法是在小鼠醒来或入睡后，用电极刺激小鼠大脑的一边，然后在另一边测量其“诱发反应”。整个过程类似于作脑电图。

该研究再次证明，在相同的刺激下，长期清醒后的电反应，比睡眠时要强。表明在清醒时突触确实变得更强。

Cirelli说，综合上述结果，这些分子生物学和电生理测量得到的数据非常复合假设，清醒时大脑的电路非常强，而睡眠可以让它们维持在基准水平以进行恢复。

她和同事提出的上述理论，被称作突触平衡假说（synaptic homeostasis hypothesis），与目前许多科学家对睡眠如何影响学习的看法背道而驰。现在科学家普遍认为，睡眠时突触的活性增高，它们要不断地巩固清醒时获得的信息。

她说，我们不这么想。我们认为学习仅仅是在我们醒着的时候进行，睡眠的作用主要是维持我们大脑的最基本功能，让突触保持精简和高效。（来源：生物通 揭鹰）

 

（《自然—神经学》（Nature Neuroscience），doi:10.1038/nn2035，Vladyslav V Vyazovskiy，Chiara Cirelli）

这个实验中的关键证据：清醒与睡眠时的反映比较

需要详细描述