一項新的研究聚焦於睡眠的功能,使用一種常見的果蠅來探討動物如何在休息的同時保持對危險的警覺。研究人員指出,生物體必須在足夠降低對刺激的反應以便入睡的同時,還必須保持足夠的警覺性以應對外部威脅。來自Charité神經生理學研究所的團隊,由David Owald教授領導,探討了果蠅(Drosophila)睡眠的細微之處。由於果蠅擁有小腦,這使得它們成為研究這一神經過程的理想對象。研究人員在最近的新聞稿中解釋,這些發現可能揭示出一種普遍的睡眠原則,但仍需進一步研究以作出確定性結論。
果蠅如何能夠在睡眠中保持警覺?這項發表於《Nature》的研究闡明了睡眠的迷人現象,這是一個對於再生和記憶形成至關重要的過程。然而,動物在保持一定能力接收刺激的同時如何完成這一過程,對科學界來說仍然有些神秘。就像人類一樣,果蠅在一天結束時會感到疲倦。此時,兩個不同的腦部網絡會產生緩慢的同步電波,這些電波被稱為緩慢波,連接視覺刺激與導航所需的腦區。這兩個網絡中一個會被激活,而另一個則會抑制果蠅對視覺刺激的反應。
研究的主要作者之一Davide Raccuglia博士在新聞稿中解釋道:「如果這兩個網絡同時活躍,抑制性網絡就會佔上風,從而阻止刺激的處理。」因此,果蠅會溫和地淡化周圍環境,進入睡眠狀態。研究人員所發現的有趣之處在於,果蠅同樣可以被喚醒,這與人類的情況類似。
研究人員認為,電波的節律波動使得突破睡眠屏障成為可能。根據新聞稿,神經細胞的電壓每秒上下波動一次。這項研究的首席作者Raquel Suaréz-Grimalt博士進一步推測,當電壓高時,「在此期間,信息可以穿越睡眠過濾器。」這正是研究人員所描述的:一扇窗口。
在這段時間內,強烈的視覺刺激能夠克服抑制性腦網絡的微弱優勢,從而在某種程度上打開這扇窗口,使得果蠅作出反應。儘管這些發現需要進一步的研究來驗證,但到目前為止,他們發現果蠅的腦部「在睡眠期間精確地調整激活和抑制網絡」。他們將其比作一扇半開的窗戶:「…氣流,也就是刺激的傳輸,會中斷,但強風可以推開窗戶,同樣地,強烈的刺激也能喚醒動物。」Owald教授如此表示。
這對於人類意味著什麼?在睡眠過程中發出的緩慢波形為強烈刺激喚醒沉睡的果蠅提供了機會。人類的睡眠同樣以緩慢波為特徵。因此,研究者提出了問題:「我們的大腦是否可能根據相同的原則來平衡休息和注意力的時期?」Owald教授在新聞稿中總結道:「在人體中,我們知道大腦中有一個結構可以過濾刺激信息,並參與形塑振盪活動——丘腦。因此,這裡可能存在與果蠅大腦中過程的相似之處,這可能實際上反映了一種普遍的睡眠原則。然而,仍需進一步的調查來證明這一點。」
