研究表明:大脑连接在清醒时增强，在睡眠时减弱

大多数人都有过这样的经历:在清醒了这么多小时后，你的大脑感觉无法再吸收更多的东西——几个小时的睡眠会让它恢复活力。

现在，威斯康星大学医学与公共卫生学院的一项新研究澄清了这一现象，支持了睡眠在大脑对环境做出反应的能力变化中起着关键作用的观点。这种能力被称为可塑性，是学习的核心。

报道在2008年1月20日，在线版自然神经科学在该研究中，威斯康星大学麦迪逊分校的科学家们通过几种测量方法表明，啮齿动物清醒时突触(神经细胞连接对大脑可塑性至关重要)非常强，而睡眠时突触则很弱。

这项新发现加强了威斯康辛大学麦迪逊分校研究人员关于睡眠作用的备受争议的假设。他们认为，人们睡觉是为了缩小突触，为新的一天、下一轮的学习和突触强化做好准备。

研究作者、精神病学副教授Chiara Cirelli解释说，人类大脑在突触活动上消耗了高达80%的能量，不断增加和加强连接，以应对各种刺激。

考虑到人类大脑中数百万个神经元中的每个神经元都包含数千个突触，这种能量消耗“是巨大的，无法持续”。

奇雷利说:“我们需要一段离线时间，当我们不暴露在环境中时，来减少突触。”“我们相信这就是为什么人类和所有生物都要睡觉。没有睡眠，大脑就会达到饱和点，对能量预算、储备和进一步学习的能力都造成压力。”

为了验证这一理论，研究人员在大鼠身上进行了分子和电生理学研究，以评估睡眠和清醒后突触的增强或增强，以及突触的减弱或减弱。在一组实验中，他们观察了大脑切片，以测量已经转移到突触的特定受体或结合位点的数量。

Cirelli解释说:“最近的研究表明，随着突触活动的增加，更多的谷氨酸受体进入突触，使突触变得更大更强。”

威斯康星大学的研究小组惊讶地发现，与睡着的老鼠相比，清醒一段时间后，老鼠的受体增加了近50%。

在第二个分子实验中，科学家们检查了有多少受体发生了磷酸化，这是突触增强的另一个指标。他们发现清醒时的磷酸化水平比睡眠时高得多。当他们测量在突触增强过程中通常活跃的其他酶时，结果是相同的。

为了进一步证明他们的观点，Cirelli和同事们还在活体大鼠身上进行了研究，以评估反映不同时间突触变化的电信号。这包括在醒着和睡觉时用电极刺激每只大鼠大脑的一侧，然后测量另一侧的“诱发反应”，这类似于脑电图。

研究再次表明，对于相同水平的刺激，长时间清醒后的反应更强，睡眠后的反应更弱，这表明突触一定变得更强了。

奇雷利说:“总的来说，这些分子和电生理学的测量结果很好地符合这样一个观点，即我们的大脑回路在清醒时逐渐增强，而睡眠有助于将它们重新校准到一个可持续的基线。”

她和合作者、精神病学教授朱利奥·托诺尼(Giulio Tononi)博士提出的理论被称为突触稳态假说(synaptic homeostasis hypothesis)，与许多科学家目前对睡眠如何影响学习的看法相悖。奇雷利说，最近最流行的观点是，在睡眠期间，突触在努力工作，回放在之前清醒时获得的信息，通过变得更加强大来巩固这些信息。

“这和我们想的不一样，”她说。“我们相信只有在我们清醒的时候才会学习，而睡眠的主要功能是保持我们的大脑及其所有突触的精简和高效。”

资料来源:威斯康星大学麦迪逊分校