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段树民院士团队研究成果阐明基底前脑胆碱能神经元对睡眠觉醒行为的调控机制

         一群睡着的小白鼠“帮助”科学家发现了一个关于睡眠的秘密:位于基底前脑的胆碱能神经元对睡眠觉醒行为具有特异的调节功能。浙江大学神经科学研究所段树民院士团队3月6日在《细胞》(Cell)子刊《现代生物学》(Current Biology)发表论文“Selective Activation of Cholinergic Basal Forebrain Neurons Induces Immediate Sleep-wake Transitions”(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24613308),报道了上述新发现。

         睡眠的产生和调控机制一直是神经科学家非常着迷的问题。睡眠分为慢波睡眠与快速眼动睡眠,而做梦往往发生在快速眼动睡眠期。已知脑内一些区域分别具有促进睡眠和觉醒的功能,其中基底前脑是调控睡眠活动的中枢之一。在基底前脑的细胞群中,胆碱能神经元属于“少数民族”,只占该脑区所有细胞的5%,而经典的研究方法很难研究这样少量的神经元的活动对脑功能的影响。因此,胆碱能神经元虽被认为能引起脑皮层兴奋,但是其在睡眠觉醒中的确切作用与机制尚不清楚。

         研究团队采用光遗传学技术,对某一特定类型的神经元进行基因改造,把一种对光敏感的离子通道表达在这类神经元上,这种离子通道受到光刺激后就会开放,从而使神经元产生兴奋活动。这样,就能人为地用光来选择性地“操控”这些神经元的电活动。

         已知脑内有多个调控睡眠-觉醒的区域,但这些区域在促觉醒功能分工上有什么不同却不清楚。此前有科学家通过光遗传学技术研究发现,激活脑的一些促觉醒系统,比如蓝斑的去甲肾上腺素能神经元或者外侧下丘脑的Orexin神经元,对处于慢波睡眠和快速眼动睡眠中的动物都具有唤醒作用。而该团队发现特异性兴奋基底前脑中的胆碱能神经元只能“唤醒”处于慢波睡眠中的小鼠,对处于快速眼动睡眠中的小鼠,不仅不能唤醒,还会让它睡得更香,好像不忍打断它的美梦似的。这些结果表明,脑内不同的促觉醒中枢对不同时相的睡眠具有复杂而精致的调控机制。

         进一步研究发现,当小鼠在晚上(相当于人类的白天)清醒活跃期间较长时间(1个小时)激活基底前脑的胆碱能神经元,这些小鼠就会在白天睡眠期(相当于人类的晚上)出现“失眠”样的表现。这一结果对理解失眠产生的机制具有一定意义,并提示胆碱能神经元可能作为治疗失眠的一个靶点。

         该研究得到了国家重点基础研究发展计划、国家科技部支撑计划、国家自然科学基金、引进人才基金、浙江省自然科学基金等资助,主要由硕士研究生韩勇和虞燕琴副教授等完成。
 
发布日期:2014-04-04 浏览: 650