大脑的发条
大众心理健康网(www.dzxl120.com)
本文链接：https://www.dzxl120.com/post/14180.html
您每天检查几次?估计18-34岁之间的人每天检查时钟50-74次！保持同步对于任何复杂的系统都是必不可少的.无论是机器，社会组织还是交通运输系统，如果所涉及的复杂过程未能及时准确地协调，都将引发混乱.我们的身体在一天中的某个时间受到严格的调节，大脑可能是在一天中的某个时间最需要调节的器官，它具有睡眠和清醒的节奏周期.
众所周知，由于睡眠不足或时差造成的困扰，当我们的生物钟失控时，我们的心理功能就会崩溃.本周在《科学》杂志上发表的新研究发现，大脑有惊人数量的时钟，其中有数十万亿个神经突触！
突触是神经网络中沟通的主要机制.神经元之间的这些微观沟通点通过释放神经递质来发送信号，这些神经递质要么激发下游神经元，要么抑制其发射.学习和记忆依赖于突触通讯的变化，而突触通讯的变化使新的神经网络保存了一些信息，并驱动着我们的思维，情感和行为.
由瑞士苏黎世大学药理毒理学研究所的史蒂文·布朗及其同事领导的研究调查了突触传递的机制是否在昼夜周期中发生变化.他们发现的是数万亿个突触时钟.
研究人员从小鼠的前脑中分离出突触，然后提取出组成它们的单个蛋白质.鉴定出约4,000种不同的蛋白质.为了确定这些不同蛋白质的丰度是否会像发条一样上升和下降，他们每隔四个小时取样一次.他们发现，白天和黑夜中有11.7％的突触蛋白与日出和日落同步地有节奏地增加和减少.在黄昏和黎明看到最大的浪涌.醒来时大量激增的大多数蛋白质是已知参与刺激神经元的突触传递的蛋白质，而在睡眠开始时增加的蛋白质类别与细胞代谢有关.这就提出了一个问题，该突触蛋白的节律周期是如何产生的.
制造特定蛋白质的最终信息源是用DNA编码的.该信息由另一种分子mRNA读出，它携带着从细胞核到细胞体中称为核糖体的蛋白质合成机制的指令.在这里，构建在特定的mRNA分子中编码的特定蛋白质的蓝图指导了特定蛋白质的合成.科学家研究的逻辑假设是，不同类型的mRNA分子也可能与黎明和黄昏同步昼夜变化.
研究人员从突触中分离出3104种不同的mRNA分子，每个分子都有助于形成独特的蛋白质.值得注意的是，这些中有67％(2,085个mRNA“转录本")在24小时周期内大量循环.每天经历丰度变化的mRNA转录物的数量比迄今为止在任何其他人体组织中发现的数量都要多.预期醒来时大量增加的mRNAs被编码为已知参与突触传递的蛋白，并与学习和记忆有关.那些增加对睡眠编码蛋白的预期的蛋白与维持细胞功能，控制细胞分裂和发育有关.
研究人员意识到睡眠剥夺后精神功能严重受损的情况，他们想知道这些mRNA和蛋白质分子的昼/夜周期是否会因使小鼠保持清醒而受到影响.他们发现，通过唤醒动物并在昼/夜周期的特定时间轻柔地对待它们，造成4个小时的睡眠剥夺(夜间睡眠差)，对大多数这些循环mRNA的节律性影响不大.因此，mRNA受到昼夜周期的调节，但这些睡眠不足的动物的突触中的蛋白质不再循环.由于是蛋白质执行细胞活动和突触传递，因此通过睡眠剥夺破坏正常的昼/夜突触蛋白质循环必然会损害突触功能.
事实上，睡眠剥夺破坏了突触蛋白的昼/夜循环，但提供制造蛋白质蓝图的mRNA分子却保持了其日常节奏，这意味着睡眠破坏并没有通过削弱对蛋白质的读出来发挥作用.从DNA到mRNA的遗传密码，但以某种方式影响了从mRNA转录本合成蛋白质的过程.这种类型的调节称为“翻译后"调节，因为在DNA编码翻译成mRNA后，蛋白质合成受到影响.
作者赞成这样一种观点，即突触中mRNA丰度的昼/夜循环受到降解mRNA并将其运输到突触中的过程的调节，在突触中蛋白质是由它们合成的.然后，蛋白质的合成在突触内局部地受到调节，部分地由动物在睡眠/觉醒周期的不同阶段的活性水平决定.如果被唤醒，突触中蛋白质合成的这种类似时钟的调节就会被破坏，并且可以说，在突触中蛋白质合成工厂上的灯光永远不会熄灭.
无论白天/晚上的周期睡眠何时中断，这种通过唤醒唤醒突触蛋白的时钟状循环的现象都消失了，这表明突触蛋白丰度的周期是由神经活动而非内部时钟驱动的.
这项研究对于理解我们的大脑如何像发条一样加速和闲置，以及轮班工作人员和其他睡眠不足的人将如何与心理表现作斗争，具有重要意义.
但是，睡眠本身是一个非常复杂的过程.每天晚上，我们的大脑都会经历非常不同的认知状态序列，这些状态反映在我们的脑波活动，大脑和身体功能的根本变化中.在快速眼动(REM)睡眠期间(例如，当我们做梦时)，大脑处于高度活跃的状态，非常类似于清醒状态.
正如神经生物学家Chiara Cirelli与Giulio Tononi一起写了一篇文章说的那样:``这些信号需要几个小时才能改变，因为小时是啮齿动物和人类睡眠的时间尺度. [这项研究]的目标是对睡眠的总体影响有一个整体了解."
需要进行未来的工作来区分不同睡眠阶段之间可能存在的差异.同样重要的是要记住，大脑中许多其他类型的细胞，包括称为神经胶质细胞的非神经元细胞，也会发生有节奏的昼夜变化，这是Cirelli和Tononi在他们自己关于睡眠剥夺的研究中所研究的.显然，与这项重要研究相比，大脑的细胞发条甚至更加复杂.
