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J NEUROL SCI:难怪缺觉会影响智力,原来脑细胞都被大脑给吃了

很多经常需要加班工作的人也许有这样的经历——在长期熬夜后,大脑认知能力会出现显着下降。这并不让人奇怪,毕竟大脑也需要休息。但是,即便经过了充足的休息,一些人发现,大脑的反应速度依旧无法回到长期熬夜前的迅捷状态,似乎缺觉带走了大脑的灵性。人们也常戏谑地说,熬夜“杀死了不少脑细胞”。这种说法是心理作用,还是的确有科学依据在背后支持?

近日,神经学领域的顶尖学术期刊《Journal of Neuroscience》给出了答案:长期缺觉的确会“杀死脑细胞”,让大脑的反应不如从前。这背后的原因让人惊讶——在缺觉时,大脑为了保护自己,会“吃掉”那些受损的脑细胞!

这项研究来自一支意大利的研究团队,主要负责人是马尔凯理工大学(Marche Polytechnic University)的Michele Bellesi教授。Bellesi教授的课题组主要关注睡眠对大脑造成的影响。在一项实验中,他与研究团队想要了解缺乏睡眠会对小鼠的大脑结构带来如何的变化。

这项实验的设计非常简洁——他们将小鼠分成了多组,其中一组能睡到自然醒(模拟正常情况),一组被剥夺了8小时的睡眠(模拟短期缺觉),另一组则被剥夺了近5天的睡眠(模拟长期缺觉)。随后,他们将研究对象集中在了胶质细胞(glial cell)上。这类细胞在大脑中为神经元提供营养与氧气,并能消灭病原体或是死亡的神经元,保持大脑的健康。如果缺觉对大脑会造成影响,那么胶质细胞的活性很有可能会发生改变。因此,研究人员预计能在这群细胞上看到缺觉造成的异常。

果不其然。研究发现,缺觉会影响星形胶质细胞(astrocyte)的活性。在正常休息的小鼠中,星形胶质细胞会在大约6%的突触附近发挥作用。而在短期缺觉和长期缺觉的小鼠中,这一数字分别上升到了8%和13.5%。


▲星形胶质细胞(图片来源:维基百科)

为啥缺觉反而让星形胶质细胞变得更加活跃呢?在研究人员发现,在星形胶质细胞的诸多功能中,有一个功能是对大脑中的突触进行“修补”,并消灭那些受损的细胞。这能够解释它的活性增加——在缺觉后,大脑中的一些细胞及部分突触会出现损伤。为了让大脑时刻处于健康的状态,星形胶质细胞会介导吞噬作用,成为清道夫。

后续的研究证实了这一观点。通过对不同小鼠群体的比较,研究人员发现,长期缺觉的小鼠,大脑中的星形胶质细胞介导的吞噬作用变得更为明显。“这是人类首次发现由于缺觉,大脑内的突触会被星形胶质细胞给吃掉。” Bellesi教授说。


▲与自然醒的小鼠(S组为白天取样,W组为晚上取样)相比,短期缺觉(SD组)与长期缺觉(CSR组)的星形胶质细胞介导的吞噬作用更为明显(图片来源:《Journal of Neuroscience》)

短期内,这或许是桩好事:随着清醒时间的不断增加,大脑内突触所承受的负荷也会不断增加。定期清理那些不堪重负的突触,也许能提高大脑的工作效率。“这些突触就好像旧家具,需要精心打理和清洁。” Bellesi教授补充道。

但这毕竟不是个长期解决的方法。更为糟糕的是,Bellesi教授与他的团队发现,处于长期缺觉状态下的小鼠,大脑中的另一种胶质细胞——小胶质细胞(microglial cell)会被激活,而它同样会去捕食大脑中受损的细胞。这一现象在显微镜下得到了确认——小鼠的突触前段富有一种叫做VGLUT的神经递质转运蛋白,而通过荧光标记,研究人员发现它们出现在了小胶质细胞的“肚子”里。


▲原本应该出现在神经突触上的蛋白,在缺觉后,出现在了小胶质细胞的肚子里(图片来源:《Journal of Neuroscience》)

“这就让人担心了,” Bellesi教授说:“我们知道在阿兹海默病或其他神经退行性疾病中,小胶质细胞会持续起作用。”如果任由这些小胶质细胞吞噬突触,那么长期缺觉无疑是一条通往“失智症”的不归路。

许多研究神经科学家们对这项研究报以了很高的评价。法国波尔多大学(University of Bordeaux)的Agnes Nadjar教授认为,这可以解释为啥缺觉的人更容易得“失智症”。

在该项研究中,科学家们并未检验更多的睡眠能否对大脑起到保护作用,或是逆转长期缺觉带来的负面影响,这也将是未来的研究方向。即便尚有许多机制未得到阐明,这项研究依旧告诉我们,想要有一个思维敏捷的大脑,最好远离熬夜。

参阅文献:

Michele Bellesi, Luisa de Vivo, Mattia Chini, Francesca Gilli, Giulio Tononi,Chiara Cirelli. Sleep Loss Promotes Astrocytic Phagocytosis and Microglial Activation in Mouse Cerebral Cortex. Journal of Neuroscience.  2017 May .
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