血清素在睡眠中的作用終於搞清了
兩個斑馬魚的大腦，血清素分子用紅色表示。右邊的大腦來自一條不能在中縫核合成血清素的魚，這導致了大腦中神經化學物質的減少。這種動物的睡眠時間只有正常斑馬魚的一半。
血清素（5-羥色胺）存在於整個大腦中，並且在記憶、認知和情緒等方面發揮著眾多作用。有趣的是，科學家們長期以來一直在爭論血清素在睡眠中的作用：它究竟是促進睡眠，還是促進清醒？現在這一問題終於有了回答，美國加州理工大學的科學家在對斑馬魚和小鼠模型的研究中發現：血清素是睡眠所必需的。相關論文發表在6月24日的《神經元》雜誌上。
先前關於血清素對睡眠作用的研究結果一直相互矛盾。一些研究表明，血清素促進睡眠，但也有研究表明，產生血清素的神經元在生物清醒的時候最活躍，並且會釋放血清素。為了解決這一爭論，加州理工學院的研究小組把重點放在了中縫核上（進化上非常古老的結構，存在於從魚到人的各種有機體的腦幹中，負責製造血清素並將其運送到其他大腦區域），這個區域有大量的可以產生血清素的神經元群。在Prober實驗室的博士後學者Grigorios Oikonomou的帶領下，該團隊選擇了跟人類一樣在白天活動的斑馬魚作為實驗動物。
研究中，他們首先使斑馬魚發生基因突變，讓它們的中縫核不再產生血清素。在另一個實驗中，研究人員則完全移除了中縫核。結果發現，這兩組魚的睡眠均少於平時，其中突變的斑馬魚的睡眠量大約是正常魚的一半。
「這表明中縫核產生的血清素是魚類獲得正常睡眠所必需的。」Oikonomou說。在第三組實驗中，研究人員採用了一種中縫核可以被光激活的轉基因斑馬魚。結果把燈照在這些魚身上，它們就可入睡，這意味著激活中縫核可以誘導睡眠。但是，這種效果需要血清素的參與，因為那些不合成血清素的魚，即使用光照它們的中縫核，其睡眠也不會受到影響。
來自Prober實驗室的科研團隊隨後與傳統醫學研究所Gradinaru實驗室的學者進行合作，繼續對小鼠進行血清素研究。在研究生 Michael Altermatt的帶領下，該研究小組檢測了小鼠中縫核的血清素能神經元，並證實當小鼠清醒的時候，這些神經元大部分是活躍的，這與先前的研究結果一致。
Gradinaru實驗室的研究人員通過基因敲除技術清除小鼠中縫核產生血清素的神經元後發現，這些小鼠的睡眠時間比平常要少。雖然用光刺激這些神經元也能使小鼠入睡，但只有給與的光與這些神經元在小鼠清醒時的自發活動模式的頻率一致時，才可以讓其入睡。
「這裡有一個明顯的悖論：刺激這些神經元會導致動物睡眠，而這些神經元卻在白天活躍。」Altermatt說。
Oikonomou解釋說：「控制睡眠有兩個主要因素。一個是生物鐘——當白天很亮的時候，身體是清醒的，當天黑的時候，身體知道要去睡覺。另一個因素被稱為穩態睡眠壓力。當你早上醒來，你剛剛得到休息，所以你很有活力。隨著時間的推移，你會感到疲倦和睏倦，這種壓力會催促你入睡。如果你晚上不睡覺，你的睡眠壓力會更大，第二天你會更累，但你的生物鐘依然會指示你應該保持清醒，因為外面是白天。」
「理論上說，為了睡覺，你需要有很高的睡眠壓力，而生物鐘也需要與晝夜時間一致，也就是日行性動物需要晚上睡覺，而夜行性動物在白天睡覺。」
研究人員推測，中縫核神經元的放電和血清素的釋放是大腦建立睡眠壓力的一種方式。事實上，他們發現，缺乏血清素的斑馬魚，以及患有中縫核消融症的小鼠，它們的睡眠壓力都很低。
雖然這些研究是在動物模型中進行的，但它們與人腦中縫核血清素的產生是相似的。所以這項研究有助於解釋一些常見抗抑鬱藥物的睡眠相關副作用，因為通常這些藥物都可以提高大腦中血清素水平。
科界原創
編譯：小貝
審稿：三水
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