对睡眠的新认识

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  对睡眠的新认识

  2007年5月1日

  睡眠仍然是生物学中最重要的谜团之一。所有动物都会睡觉,被剥夺睡眠的人会在身体,情感和智力上遭受痛苦。但没有人知道睡眠如何恢复大脑。

  现在,威斯康星大学麦迪逊分校医学与公共卫生学院精神病学教授朱利奥托诺尼已经发现了如何刺激最深睡眠阶段的脑电波。这一发现可以为睡眠在保持人类健康,快乐和学习能力方面的作用打开一扇新窗口。

  Tononi说,有问题的大脑功能,称为慢波活动,对恢复情绪以及学习,思考和记忆的能力至关重要。

  在占据大约80%睡眠时间的慢波活动期间,电活动波浪冲刷大脑,大约每秒一次,每晚1000次。在本周发表于PNAS科学期刊早期版的一篇论文中,Tononi及其同事,包括威斯康星大学麦迪逊医学院和公共卫生学院的Marcello Massimini,描述了使用经颅磁刺激(TMS)来启动睡觉志愿者的慢波。研究人员用脑电图仪(EEG)记录脑电活动。

  TMS仪器通过头皮和头骨向大脑发送无害的磁信号,从而激活电脉冲。 Tononi说,为了应对每次爆发的磁力,受试者“大脑立即产生典型的深度睡眠的慢波。”通过单脉冲,我们能够诱导出一种看起来与大脑在睡眠期间正常波浪相同的波浪。 “

  研究人员已经学会将TMS设备定位在大脑的特定部位上方,在那里它会导致整个大脑中的慢波。 “我们不知道为什么,但这是一个非常好的地方,可以唤起明显穿过大脑各个部分的大浪,”托诺尼说。

  Tononi说,科学家们对慢波的兴趣源于对他们在睡眠中作用的日益增长的认识。我们有理由认为慢波并不只是发生的事情,而是它们在睡眠的恢复能力中可能是重要的。例如,睡眠不足的人一旦睡着就会有更大和更多的慢波。 Tononi补充道,随着睡眠的进行,慢波减弱,这可能表明睡眠需求得到部分满足。

  根据需要创造慢波有朝一日可以治疗失眠症,减少波浪可能会减少。从理论上讲,它还可能导致磁刺激的“功率休息”,这可能会在短短几个小时内带来8小时睡眠的好处。

  然而,在此之前,Tononi必须更进一步,证明人工慢波对大脑有恢复益处。这样的实验会问,与没有TMS的等量睡眠相比,使用TMS睡眠是否会导致更大的大脑恢复。

  虽然电子打屁股的声音听起来像时间已到的产品,但Tononi正在追逐一个更大的采石场:首先要了解为什么需要睡觉。他说,如果所有动物都睡觉,它必须在生存中发挥关键作用,但这种作用仍然是难以捉摸的。

  基于睡眠似乎“巩固”记忆的事实,许多神经科学家认为,睡眠让我们排练当天的事件。

  

  Tononi同意睡眠可以改善记忆,但他认为这是通过一个不同的过程发生的,这个过程涉及减少大脑过载。他建议,在睡眠期间,由当天的学习形成的突触(神经细胞之间的连接)可以放松一点。

  在清醒的同时,我们“比你想象的更多地观察和学习”,他观察到。 “很多东西都会留下痕迹,改变突触,主要是通过使它们变得更强壮。你可以在大脑中获得所有这些突触痕迹,这是很棒的,但它们需要付出代价。突触需要蛋白质,脂肪,空间和能量。在清醒的一天结束时,你会留下所有这些记忆痕迹。

  “在慢波期间,所有的连接,一步一步,变得有点弱,”托诺尼补充道。 “到了早上,总的连接强度又回到了前一天早上的状态。诀窍是按照相同的百分比缩小所有连接,所以那些更强的连接仍然更强。这样你就不会失去记忆。”

  他说,如果没有这种弱化,我们“将无法学习新事物”,因为我们的大脑缺乏足够的可用能量,空间和营养。

  虽然解释仍然是一个假设,但Tononi希望人工刺激慢波的能力将使他和其他研究人员能够测试睡眠通过阻尼神经元之间的连接来恢复大脑的观念。

  他怀疑,缓慢的波浪,“清除噪音,以确保你的大脑不会成为太多的能量猪,太空猪。到了早上,你有一个节能,节省空间并准备再次学习的大脑。 “

  出处:http://www.wisc.edu