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冬天起床为什么特别难?大脑神经元“打架”,低温回路把光线靶细胞关闭了

2020-05-25 19:54 前瞻网   

 

冬天起床为什么特别难?大脑神经元“打架”,低温回路把光线靶细胞关闭了

现在离上个冬天已经过去快1个季度,但许多人想必还记得空气里那种冰冷的感觉,尤其是它在每天清晨和温暖的被窝形成鲜明的对比,导致冬日里起床总是显得特别困难。

温度影响着几乎所有生物的行为,其中,人体的2种神经元——感觉神经元和控制睡眠-觉醒周期神经元间的联系也会受到影响,这可能是人们在冬天里特别难起床的原因。

西北大学神经生物学团队发现了这种行为背后的机制。他们在对黑腹果蝇的实验研究中,发现了神经元中的一个“温度计”回路,它可以将外界的温度信息从传递到大脑。实验展示了这个回路其中一种运作情况——季节性寒冷和黑暗抑制了果蝇大脑中促进活动和觉醒的神经元,尤其是在清晨。

该校神经生物学副教授Marco Gallio说:“这有助于解释,为什么对于无论是人还是果蝇,冬天早上醒来都很困难。通过研究果蝇的行为,我们可以更好地了解温度对调节睡眠的重要性。”

这项研究由 Gallio领导,以A Circuit Encoding Absolute Cold Temperature in Drosophila(果蝇体内一种绝对低温编码回路)为题发表在了5月21日的《当代生物学》杂志上。

这是对果蝇神经系统上“绝对低温”感受器官的首个研究,这种感受器官只对低于飞行“舒适区”的温度——也就是约77℉(25℃)作出反应。

在确认了这些神经元之后,研究人员一直跟踪它们的活动信号至大脑中的目标位置。科学家发现,接受这些信息的大脑神经元其实是控制活动和睡眠节奏的大型神经网络的一部分。当低温将这条回路激活时,另一种由晨光激活的靶细胞就会关闭。

果蝇是研究生物节律模型系统的良好对象,包括研究控制生物24小时休息和活动周期的机制等。目前许多研究的重点是外部因素(如光线和温度)变化如何影响活动和睡眠的节奏,以及这些因素如何到达控制特定反应的大脑回路。

保持对环境温度的敏感不仅对小型冷血动物果蝇至关重要,即便人类是恒温动物,也需要不断寻求理想的温度。其中部分原因是,核心温度和大脑温度与睡眠的诱导和维持密切相关,日光和温度的季节性变化也与睡眠的变化有关。

“温度感测是最基本的感觉方式之一,”Gallio说,“我们在苍蝇大脑中发现的原理——逻辑和组织——对人类来说可能一直都是一样的。无论是苍蝇还是人类,感觉系统都必须解决同样的问题,因此通常会出现同样解决问题的方式。”

和是该论文的共同第一作者。

Gallio实验室博士后Michael H. Alpert说:“睡眠受损的后果是多方面的——疲劳、注意力下降、学习不良和各种健康参数的改变——然而,我们仍然不能完全理解睡眠是如何在大脑中产生和调节,以及外部条件的变化是如何影响睡眠的动力和质量的。”

实验室另一位成员、前博士生Dominic D. Frank说:“研究大脑活动至关重要。我们的发现证明了功能研究对于理解大脑如何控制行为的重要性。””

总的来说,这项研究很大程度上依赖于研究神经元活动和这些神经元对行为的作用的能力。为此,研究人员开发了新的工具,并结合功能和解剖学研究、神经遗传和行为监测方法,在野生型和转基因苍蝇中进行了这些实验。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

[1]https://www.sciencedaily.com/releases/2020/05/200522154559.htm

[2]https://www.cell.com/current-biology/pdf/S0960-9822(20)30552-2.pdf

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责任编辑: 3976DBC

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