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睡眠时大脑神经连接全面“缩水”或是学习能力的保证

时间: 2017年02月10日 | 作者: Ed Young | 来源: Atlantic
研究发现,动物在沉睡时,大脑神经元的联系以相同比例变弱。

 

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无论你是否意识到,在你清醒着的每个时刻,你所接触形形色色的事物都在促使大脑发生变化。尤其是神经的连接,突触会随着信号的传播增多变大,使得从一个神经元发出的信号更容易激发下一个神经元,神经元间的联系变得紧密。这便是人类进行学习和储存记忆的方式。

 

但是,这一过程必须得到一定的限制。

 

神经元间紧密的联系的状态十分耗能,因此该状态不能长时间维持。若非要如此,也会因为神经元变得过于紧张,过度活跃而导致痉挛或癫痫。霍普金斯大学的  Richard Huganir 教授表示,理论上讲,当脑内神经突触都达到饱和后,由于突触不能变得更强,大脑便再不能编码任何的新的信息。

 

大脑自有应对措施。大脑可以通过按比例弱化神经突触,在整体上降低强度。如果突触的强度大于另一个,弱化过程只降低了它们的绝对强度,而保留它们的相对强度。

 

2003年,迪逊大学的  Cirelli 称这种神经整体弱化的过程在睡觉时最为显著。睡眠是为大脑重整提供了机会,为次日的学习做好准备,可以说,没有睡眠,就不可能学习。Cirelli 提出,这可能是睡眠存在的原因之一。这一理论能部分解释为什么睡眠在动物界广泛存在,为什么我们的大脑能力在一夜无眠后会受到影响。

 

对于睡眠时神经元连接的弱化,Cirelli 和 Huganir 分别找到了支持。Cirelli 的团队对小鼠清醒和沉睡的大脑中7000多个神经突触的尺寸进行了测量。他们发现,突触的平均长度在睡眠状态下有所收缩。与清醒状态下相比,两神经间的连接在睡眠状态下均减少了18-20%。如之前所描述,弱化是等比例的,保持的是相对强度。

 

Huganir  的团队考察的是化学物质。他观察突触上接受化学信号的受体蛋白。此前人们发现一些受体,特别是 AMPA 类的受体——是神经突触强度的良好指示剂。研究这些这些受体显示,神经突触强度在睡眠状态下下降。

 

他分别从沉睡小鼠和清醒小鼠的脑内分离了大量的突触,并测量了上千种蛋白的水平。他还用荧光分子标记了一些受体,用显微镜追踪他们在啮齿类活体脑内的踪迹。两种技术都显示,包括  AMPA 在内的许多受体都在小鼠睡觉的时候从神经突触上被移除了。

 

但是,并不是所有突触都是这样。基于实验数据,脑内最强大的20%左右的神经突触不受整体弱化作用的影响。这一现象的意义尚不明确。“我们认为这些神经突触的连接存在的时日已久,”Cirelli  说,“我猜想它们可能是长期记忆的储存体,那些是在你睡觉的时候也不会忘记的记忆。而大多数能被弱化的突触,多数是用于记住最近的事情。如果它们之间的联系中断一些时日,它们就会消失。”

 

所以“不会休息,就不会工作”,也许是真的。

 

作者 ED YOUNG

编译 卓思琪

审校 谭坤

 

原文地址:https://www.theatlantic.com/science/archive/2017/02/the-brains-connections-shrink-during-sleep/515472/


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