睡眠研究的高分辨率图像显示了大脑在睡眠期间是如何重置的

来自老鼠大脑内部的惊人的电子显微镜图片显示了我们每天大脑中发生的事情:我们的突触——神经细胞之间的连接点——在白天的刺激下变得又强又大，然后在我们睡觉时收缩近20%，为第二天的生长和学习创造空间。

这项为期四年的研究项目今天发表在科学为“突触内稳态假说”(SHY)提供了直接的视觉证据。威斯康星州睡眠与意识研究中心的Chiara Cirelli和Giulio Tononi说。

这一假说认为，睡眠是我们为拥有可塑性和不断学习新事物的大脑所付出的代价。

当一个突触在清醒时被反复激活，它的强度就会增加，这种增长被认为对学习和记忆很重要。然而，根据SHY的说法，这种生长需要平衡，以避免突触饱和和神经信号和记忆的消失。睡眠被认为是进行这种重整过程的最佳时间，因为在睡眠时，我们对外部世界的关注要少得多，并且从“此时此地”中解脱出来。

当突触变得更强、更有效时，它们也会变得更大，相反，当它们变弱时，它们会缩小。因此，Cirelli和Tononi推断，对害羞的直接测试是为了确定突触的大小是否在睡眠和清醒之间发生变化。为了做到这一点，他们使用了一种极其有效的方法高空间分辨率称为连续扫描三维电子显微镜。

这项研究本身就是一项浩大的工程，许多研究专家花了四年的时间来拍摄、重建和分析老鼠大脑皮层的两个区域。他们重建了6920个突触，并测量了它们的大小。

研究小组故意不知道他们是在分析休息良好的老鼠还是清醒的老鼠的脑细胞。当他们最终“破译了密码”，并将测量结果与小鼠在拍摄图像前6至8小时的睡眠时间相关联时，他们发现，睡眠几个小时会导致突触大小平均减少18%。这些变化发生在两个区域大脑皮层并且与突触的大小成正比。

大约80%的突触发生了这种变化，但最大的突触没有发生变化，而最大的突触可能与最稳定的记忆痕迹有关。

“这表明，从超微结构的角度来看，突触大小和强度的平衡在清醒时被打破，在睡眠时被恢复，”Cirelli说。“在短短几个小时的清醒和睡眠中，皮层中绝大多数突触的大小发生了如此大的变化，这是值得注意的。

托诺尼补充说:“从老鼠到人类，我们的发现意味着每晚我们皮层中的数万亿个突触会变薄近20%。”

这项研究今天发表在科学以及巴尔的摩约翰霍普金斯大学Richard Huganir博士实验室的研究。本研究采用生化和分子方法，证实了SHY的预测突触经历缩减规模的过程睡眠并识别出对这一过程至关重要的基因。