還敢長期熬夜？你的大腦都開始吃！自！己！了！

一到周末大家最想做的事情是什麼呢？

當然是拉上厚厚的窗帘捲縮在鬆軟的床上好好的來一場說睡就睡的懶覺啊！

圖源：chuansong.me

人類生命中的很大一部分時間都是在睡眠中度過的。但有趣的是，我們到現在都並不真正了解背後的機理。

我們目前知道的大部分動物都需要睡眠，雖然睡覺的方式可能千奇百怪（你知道海豚可以只讓半邊大腦睡覺嗎？）。

在二十世紀八九十年代的一系列睡眠剝奪實驗中，科學家發現在徹底剝奪老鼠睡眠後，所有老鼠在一個月內都死去了（驚）。 而當人類在幾天沒有睡覺的情況下，則會開始出現幻覺，脾氣暴躁，並可能引發癲癇的癥狀。

為什麼睡眠這麼重要？

目前為止，越來越多的科學家們在這個世紀難題上提出了自己的想法。研究發現，如果學生在學習後可以好好地睡上一覺，第二天的記憶效果可以更好 。這似乎支持了其中一個理論——睡眠幫助我們鞏固新的記憶。

在我們醒著的時候，大腦通過加強神經細胞之間的連接來獲得新的記憶，但是沒有人知道在睡眠中這個記憶過程是如果運作的 。

朱利奧·托諾尼（Giulio Tononi）和他在威斯康星大學麥迪遜分校的團隊在2016年提出了一個有趣的理論：睡眠的目的是為了我們的大腦可以在沉睡時修剪不必要的神經連接（突觸），為第二天新的記憶提供空間。他們稱之為「管家理論」 （housekeeping theory）——睡眠就像大腦的管家。

朱利奧·托諾尼教授 。圖源：quantamagazine.org

他們的團隊在測量小鼠大腦切片中突觸的大小後發現：充分睡眠後的小鼠神經突觸比睡眠前小了18%，這說明了神經元之間的突觸在睡覺的時候被修剪過了。

如果這個「管家理論」是正確的，那麼就可以解釋為什麼當我們熬夜之後，第二天更難集中精力來學習新的知識：因為大腦沒有修剪掉那些不必要的神經連接，來為之後的學習騰出空間。

用托諾尼的話來說，「睡眠是我們為學習所付出的代價。」

那麼下一個問題來了，這些突觸是如何被修剪的呢？

圖源: scientificamerican.com

不久前，托諾尼與義大利馬爾科理工大學（Marche Polytechnic University）的神經學家米歇爾·貝利西（Michele Bellesi）合作的研究被發表在《神經科學雜誌》上。他們發現長期睡眠剝奪會過度激活大腦里負責清理垃圾的細胞，加速大腦進入「吃自己」的模式。

當我們沉睡時，大腦會自行清除掉這一天腦內產生的垃圾和代謝物。如同一個精心管理的屋子一樣，細胞們會分工負責把垃圾倒一倒，傢具擺擺好（飯菜燒一燒....啊呸），以保證第二天工作的有序進行。

這個勤奮管家小隊中的重要一員是「園藝小霸王」星形膠質細胞（astrocyte）。他的職責之一包括修剪不經常被用到的突觸，從而幫助重建大腦神經元的連接。

另外一位成員——小膠質細胞 (microglia)，則是一位家政管理員，主要負責從神經系統中吞掉新陳代謝的副產物和死去細胞的碎片。

為了研究睡眠缺乏對大腦的影響，貝利西把老鼠分成了三個實驗組來分別模擬正常睡眠，短期睡眠缺乏和長期睡眠缺乏。

在經歷了複雜的取樣，檢測，分析，量化等等一系列繁（ku）瑣 (zao)的工作後，研究員發現這個大腦的管家小隊似乎在缺覺的情況下被過度激活了！

在正常睡眠的小鼠中，「園藝小霸王」星形膠質細胞在大約6%的神經元突觸里被激活。但是在短期睡眠剝奪和長期缺覺的小鼠里這個數字上升到了8%和13.5%。這意味著——睡眠剝奪觸發了星型膠質細胞去分解更多大腦的連接和細胞碎片。

「以目前的成果看，這可能是一件好事。因為大部分重塑是在那些最大的突觸上，它們更加成熟並且被頻繁使用著。他們就像舊的傢具，所以可能需要更多的關注和清潔，」貝利西說。

但是，研究員還發現了當老鼠被剝奪睡眠之後，很多本來只應該在腦神經突觸前端上存在的蛋白竟然出現在了小膠質細胞的肚子里！而且，長期缺覺的老鼠腦內的小膠質細胞明顯吃了更多塊！

3D重建顯示了被吞到小膠質細胞里的VGLUT神經遞質轉運蛋白 （箭頭）。 小膠質細胞：唔，缺覺的時候胃口更大了嚕。圖片來源：（Bellisi et al. 2017）

令人擔憂的是，小膠質細胞的過度激活在很多之前的研究里被認為和阿爾茨海默病以及其他的神經退行性疾病有關。

法國波爾多大學的Agnes Nadjar教授說，「這一發現可能幫助解釋了為什麼缺覺讓人們更容易老年痴呆。

貝利西則在文章里寫到：「長期睡眠缺乏可能會過度激活小膠質細胞, 讓大腦變得更加脆弱。」

作為人體里最複雜的器官，大腦一直在創造，強化和重構它錯綜複雜的內在。這是一個永無止境的工程。未來的研究將有助於進一步回答星形膠質細胞和小膠質細胞的過度激活是否會在應激的時候保護或損害大腦。

但是以防萬一，大家還是早點洗洗睡吧。

Refs：

http://www.iflscience.com/brain/sleep-deprivation-makes-the-brain-go-into-overdrive-and-eat-itself/

https://www.newscientist.com/article/2096921-mystery-of-what-sleep-does-to-our-brains-may-finally-be-solved/

Bellesi, M., De Vivo, L., Chini, M., Gilli, F., Tononi and Cirelli, C. (2017) Sleep loss promotes astrocytic phagocytosis and microglial activation in mouse cerebral cortex. J. Neurosci. 37(21), 5263-5273.

Everson, C.A., Bergmann, B. M., Rechtschaffen, A. Sleep deprivation in rat: III. Total sleep deprivation. (1989). Sleep. 12(1), 13-21.

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