睡眠时的大脑突触全面“缩水”或是学习能力的保证

    研究发现，动物在沉睡时，大脑神经元的联系以相同比例变弱。这种大范围内的连接弱化调节防止了突触饱和，重新赋予我们学习的能力。这很可能是睡眠必须存在的理由之一。

来源 The Atlantic

作者 ED YOUNG

编译 卓思琪

审校 谭坤

 

  

无论你是否意识到，在你清醒着的每个时刻，你所接触形形色色的事物都在促使大脑发生变化。尤其是神经的连接，突触会随着信号的传播增多变大，使得从一个神经元发出的信号更容易激发下一个神经元，神经元间的联系变得紧密。这便是人类进行学习和储存记忆的方式。

 

但是，这一过程必须得到一定的限制。

 

神经元间紧密的联系的状态十分耗能，因此该状态不能长时间维持。若非要如此，也会因为神经元变得过于紧张，过度活跃而导致痉挛或癫痫。霍普金斯大学的  Richard Huganir 教授表示，理论上讲，当脑内神经突触都达到饱和后，由于突触不能变得更强，大脑便再不能编码任何的新的信息。

 

大脑自有应对措施。大脑可以通过按比例弱化神经突触，在整体上降低强度。如果突触的强度大于另一个，弱化过程只降低了它们的绝对强度，而保留它们的相对强度。

 

2003年，迪逊大学的  Cirelli 称这种神经整体弱化的过程在睡觉时最为显著。睡眠是为大脑重整提供了机会，为次日的学习做好准备，可以说，没有睡眠，就不可能学习。Cirelli 提出，这可能是睡眠存在的原因之一。这一理论能部分解释为什么睡眠在动物界广泛存在，为什么我们的大脑能力在一夜无眠后会受到影响。

 

对于睡眠时神经元连接的弱化，Cirelli 和 Huganir 分别找到了支持。Cirelli 的团队对小鼠清醒和沉睡的大脑中7000多个神经突触的尺寸进行了测量。他们发现，突触的平均长度在睡眠状态下有所收缩。与清醒状态下相比，两神经间的连接在睡眠状态下均减少了18-20%。如之前所描述，弱化是等比例的，保持的是相对强度。

 

Huganir  的团队考察的是化学物质。他观察突触上接受化学信号的受体蛋白。此前人们发现一些受体，特别是 AMPA 类的受体——是神经突触强度的良好指示剂。研究这些这些受体显示，神经突触强度在睡眠状态下下降。

 

他分别从沉睡小鼠和清醒小鼠的脑内分离了大量的突触，并测量了上千种蛋白的水平。他还用荧光分子标记了一些受体，用显微镜追踪他们在啮齿类活体脑内的踪迹。两种技术都显示，包括  AMPA 在内的许多受体都在小鼠睡觉的时候从神经突触上被移除了。

 

但是，并不是所有突触都是这样。基于实验数据，脑内最强大的20%左右的神经突触不受整体弱化作用的影响。这一现象的意义尚不明确。“我们认为这些神经突触的连接存在的时日已久，”Cirelli  说，“我猜想它们可能是长期记忆的储存体，那些是在你睡觉的时候也不会忘记的记忆。而大多数能被弱化的突触，多数是用于记住最近的事情。如果它们之间的联系中断一些时日，它们就会消失。”

 

所以“不会休息，就不会工作”，也许是真的。

原文地址：https://www.theatlantic.com/science/archive/2017/02/the-brains-connections-shrink-during-sleep/515472/