睡眠對大腦的重要性不言而喻。經(jīng)過幾天睡眠不好，我們的大腦認(rèn)知能力會明顯下降。今天，發(fā)表在頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上的兩篇論文從生物學(xué)角度提出了潛在的解釋?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，睡眠與大腦突觸的功能密切相關(guān)。

這兩項研究都是蘇黎世大學(xué)和慕尼黑大學(xué)合作進(jìn)行的?？茖W(xué)家們使用先進(jìn)的生化技術(shù)來分析小鼠突觸的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組。結(jié)果顯示，三分之二的突觸mRNA表達(dá)水平呈現(xiàn)明顯的節(jié)律性。具體而言，突觸mRNA表達(dá)可分為兩類，一類在黎明時達(dá)到峰值，另一類在黃昏時達(dá)到峰值?？茖W(xué)家們還在突觸蛋白中觀察到類似的節(jié)律性。

mRNA水平表現(xiàn)出明顯的節(jié)律性（圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]）

接下來，是這兩項研究的亮點(diǎn)。我們知道睡眠是由兩種不同的機(jī)制調(diào)節(jié)的：第一種機(jī)制與日常生活有關(guān)。如果一段時間睡眠不足或者過于疲勞，就很容易犯困；第二種機(jī)制與日常生活無關(guān)。許多動物體內(nèi)都有自己的生物鐘。它們晚上感到困倦，早上0:00左右醒來（夜行動物正好相反），這是生物鐘的表現(xiàn)。

那么問題來了。這些大腦突觸中的mRNA和蛋白質(zhì)所表現(xiàn)出的節(jié)律性是受生物鐘調(diào)節(jié)的普遍現(xiàn)象，還是受到日常睡眠質(zhì)量的影響？為了回答這個重要問題，研究人員對小鼠進(jìn)行了睡眠測試，單方面剝奪會影響它們的睡眠質(zhì)量。然后他們重新分析了突觸mRNA 和蛋白質(zhì)節(jié)律。

分析結(jié)果非常有趣。首先，在睡眠不足的小鼠中，四分之一的突觸mRNA 的節(jié)律幾乎沒有受到影響。在剩余的突觸mRNA中，超過80%也受到時間的顯著影響。這些結(jié)果表明，突觸mRNA 的產(chǎn)生很可能僅受生物鐘調(diào)節(jié)，與睡眠質(zhì)量無關(guān)。在一天中的某些時間（例如黎明和黃昏），它們會在生物鐘的控制下自動開始積累。

蛋白質(zhì)磷酸化水平受睡眠剝奪影響（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]）

相反，蛋白質(zhì)水平受睡眠質(zhì)量影響很大！在那些睡眠不足的小鼠中，無論是蛋白質(zhì)豐度還是蛋白質(zhì)磷酸化，它們的節(jié)律性幾乎都被消除了。這表明突觸中執(zhí)行生理功能的蛋白質(zhì)確實(shí)主要受睡眠和清醒持續(xù)時間的調(diào)節(jié)。

隨后的研究表明，一些受影響的蛋白質(zhì)是激酶。當(dāng)小鼠即將醒來時，一些與神經(jīng)元激活相關(guān)的激酶變得活躍；而當(dāng)他們即將入睡時，其他與神經(jīng)元抑制相關(guān)的激酶就會變得活躍。

這兩項研究的插圖（圖片來源：參考資料[1]）

《科學(xué)》雜志對這兩項研究有專門的評論。作者在評論中指出，將這兩項研究的結(jié)果與之前的證據(jù)相結(jié)合，我們幾乎可以肯定，小鼠的清醒和睡眠持續(xù)時間最終可以反映在其突觸的功能中。至于睡眠如何恢復(fù)突觸功能的具體機(jī)制以及如何恢復(fù)，還需要進(jìn)一步探索。