科学家们发现了负责清醒状态的细胞是如何开启和关闭的
科学家们可能已经发现了一个潜在的原因,为什么那些患有睡眠呼吸暂停症的人一旦停止呼吸就会突然醒来。睡眠呼吸暂停症的特征是在睡眠中呼吸暂停。
睡眠中呼吸停止时醒来,换气过度时感到头晕是常见的经历。为了了解它们的神经基础,剑桥大学(University of Cambridge)的科学家们专注于“食欲素神经元”的研究,最近发现脑细胞对正常的清醒和呼吸至关重要。新的实验表明,与呼吸密切相关的大脑酸度的变化可以刺激或抑制这些“清醒”细胞。
在大脑内部,大部分通信都是电的,涉及到神经元“发射”信号,这些信号通过生物“线”(轴突)传递给其他神经元。就食欲素神经元而言,它们产生的信号对保持稳定的意识非常重要,没有它们人类和动物就会发生嗜睡症,遭受不可抵御的睡眠和无意识的攻击。
剑桥大学和牛津大学的研究人员发现,胃酸水平的上升(比如睡眠呼吸暂停期间的胃酸)会在促食素神经元中释放一种电“刹车”。这使得神经元放电更快。这个制动器由促食素细胞膜上的钾孔组成——当钾孔打开时,它们会阻止神经元的放电。上升的酸度会关闭这些毛孔,使食欲素神经元快速燃烧,而下降的酸度则会打开这些毛孔,抑制燃烧。
在人体内,酸度的升降是由呼吸控制的。人体的新陈代谢不断地产生酸,但由于我们呼出“酸性”二氧化碳,酸通常不会堆积。然而,在睡眠呼吸暂停期间,呼吸停止,导致大脑中酸的危险积累。通过酸加速促食素细胞将通过引起觉醒和增加呼吸来驱散这种威胁。
领导这项研究的剑桥大学的丹尼斯·布尔达科夫说:“食欲素神经元是神经科学中最令人兴奋的发现之一,因为它们的活动对清醒和意识有如此显著的影响。”我们很高兴地发现这种活动可以被控制。”
研究促食欲素细胞的一个障碍是它们数量稀少。为了克服这一问题,科学家们使用基因工程技术使促食素细胞发光,从而更容易看到。
牛津大学的拉尔斯·福格进行了这些基因操作,他说:“我们的发现对理解睡眠障碍很重要,比如睡眠呼吸暂停和嗜睡症。我们的目标是将这项研究转化为临床环境,使受这些疾病折磨的患者受益。”
“酸和二氧化碳对下丘脑促食欲素神经元的控制”这篇论文计划在本周的《科学》杂志上发表美国国家科学院院刊(PNAS)。
资料来源:剑桥大学
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