睡眠如何精炼大脑为新的一天做准备？Nature｜大脑仅在夜间睡眠的前半段会削弱清醒时形成的新突触

在一项新的研究中，来自英国伦敦大学学院的研究人员以斑马鱼为研究对象，发现在睡眠期间，大脑会削弱清醒时形成的神经元之间的新连接，但这只发生在夜间睡眠的前半段。这一发现让人们对睡眠的作用有了更深入的了解，但夜间后半段的睡眠到底有什么功能，这仍然是一个悬而未决的问题。他们指出这项新的研究支持了“突触平衡假说（Synaptic Homeostasis Hypothesis）”。

相关研究结果于2024年5月1日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Sleep pressure modulates single-neuron synapse number in zebrafish”。

论文通讯作者、伦敦大学学院细胞与发育生物学教授Jason Rihel说，“当我们清醒时，脑细胞之间的连接会变得更强、更复杂。如果这种活动有增无减，在能量上将难以为继。脑细胞之间太多活跃的连接可能会阻碍第二天新连接的建立。虽然睡眠的功能仍然很神秘，但它可能是一段‘离线’时期，在这段时间里，大脑中的这些连接会被削弱，为我们第二天学习新事物做准备。”

在这项新的研究中，这些作者使用了光学上半透明的斑马鱼，通过基因可以轻松地对突触（脑细胞之间的通信结构）进行成像。他们对斑马鱼进行了几个睡眠-清醒周期的监测。

他们发现，脑细胞在清醒时获得更多连接，而在睡眠时则失去连接。他们发现，这取决于它们在被允许休息之前积累了多大的睡眠压力（睡眠需求）；如果他们让斑马鱼少睡几个小时，这些连接就会继续增加，直到它们能够入睡。

图片来自Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07367-3

Rihel教授补充说，“如果我们观察到的模式在人类身上也适用，那么我们的研究结果表明，在睡眠压力仍然很低的中午小睡时，这种突触重塑的效果可能会比在我们真正需要睡眠的晚上要差。”

更引人入胜的是，研究揭示，大脑的“重置”大多发生在睡眠的前半部分，伴随慢波活动的高峰期，这与睡眠初期紧密相连。

论文第一作者、伦敦大学学院细胞与发育生物学的Anya Suppermpool博士说，“我们的研究结果进一步证实了睡眠有助于抑制大脑内部的连接，为第二天的新学习清空出空间。不过我们的研究并没有告诉我们后半夜发生了什么。还有其他一些理论认为，睡眠是清除大脑中废物或修复受损细胞的时间，也许其他功能也会在后半夜启动。”

参考资料：

Anya Suppermpool et al. Sleep pressure modulates single-neuron synapse number in zebrafish. Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07367-3.

Sleep resets brain connections – but only for first few hours
https://www.ucl.ac.uk/news/2024/may/sleep-resets-brain-connections-only-first-few-hours