大脑是如何屈服于睡眠的

维也纳分子病理学研究所(IMP)的科学家们研究了蛔虫睡眠的基本方面。他们使用先进的技术，在他们入睡和醒来时监测大脑中所有神经细胞的活动。《华尔街日报》科学本周公布他们突破性的研究结果。

睡眠是动物的普遍特征:每个神经系统似乎都有规律地经历并需要放松状态，在放松状态中大脑活动完全改变了。正如我们在日常生活中所经历的那样，睡眠是至关重要的，但科学家们仍在争论为什么会这样。

由维也纳IMP的Manuel Zimmer领导的一组神经生物学家使用线虫来详细研究大脑是如何在清醒和清醒之间切换的睡眠．他们的研究结果表明，在疲劳的动物中，睡眠是大脑的一种基本状态，只要没有来自环境的强烈外部刺激，睡眠就会自发地建立起来。

曼努埃尔·齐默(Manuel Zimmer)将这种状态比作山谷中的大理石;把它推上坡需要一些努力，但当它自己离开时，它会自己滚回去。这相当于唤醒一只沉睡的蠕虫，从而使它的大脑进入清醒状态，但如果它仍然很累且不受干扰，它就会重新入睡。研究复杂动力系统的科学家用“吸引子”一词来描述这类过程。齐默说:“我们认为这种吸引子机制是一种有效的方法，可以让睡眠和清醒等总体状态在整个大脑中传播。”

蠕虫作为睡眠研究的模型

秀丽隐杆线虫被选为模型睡眠研究因为它的神经系统只有302个神经元。它是足够小的先进的显微镜方法，使访问所有的活动神经细胞在大脑中以单细胞的精度。这是在监测大脑在清醒和睡眠之间经历的广泛重构时获得新见解的关键。

科学家们面临的另一个挑战是控制蠕虫何时入睡和醒来。博士生Annika Nichols和Tomáš Eichler建立了一个有趣的实验系统，使用可变氧浓度作为开关。在它们的自然栖息地，秀丽隐杆线虫生活在土壤中，那里丰富的微生物保持低氧水平。研究人员表明，在这些首选条件下，蠕虫感到舒适，如果它们累了，它们可以入睡。Nichols和Eichler发现，含有氧气的新鲜空气会使熟睡的动物警觉，使它们迅速醒来。尼科尔斯说:“这为我们在实验中有效地在睡眠和清醒状态之间切换打开了一扇门。”

测量疲劳程度的神经测量仪

尼科尔斯继续记录大脑中所有神经元在触发睡眠和清醒之间切换时的活动。她发现，在睡眠期间，大多数在清醒时活跃的神经细胞变得沉默。然而，一些特定类型的神经细胞保持警觉。其中一种类型被称为RIS，以前被证明通过分泌睡眠物质来促进睡眠。Nichols指出，在清醒的动物中，RIS的活动已经升高，这些动物倾向于睡觉，这暗示着它是大脑疲劳程度的一种衡量标准。

睡眠是大脑默认的吸引状态

在监测大脑入睡时的活动时，尼科尔斯有了一个有趣的发现:她的计算机分析表明，神经网络活动自发地收敛到一种安静而稳定的状态。最初，研究人员假设RIS细胞会迫使神经系统安静下来，就像指挥在最后一个和弦结束后让乐队安静一样。然而，新的数据表明，RIS似乎更像是一个调解人，在所有参与者之间谈判达成协议，然后采取集体行动。这种情况的优点是，两者之间的巨大变化清醒睡眠可以通过微妙地转动大脑中的一些调节旋钮来触发。

尽管蠕虫大脑和人类大脑之间存在许多差异，但这些结果为研究大脑组织的基本原理提供了一个有希望的模型。