大脑中的“睡眠回路”

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科学家发现大脑中的特殊“睡眠回路”
4 E! j6 d5 d  b1 q' D4 |& K) C2014-09-18 1 来源：生物360 作者：koo + V# _2 D" C" r. r

  }4 C0 Z( B/ |4 K3 B+ B  Z! d5 J1 X通过基因设计，研究人员可以“打开”具体的脑干神经元，使大脑陷入深度睡眠。$ |3 H* V" ?" U6 ~) O+ _+ k/ z
失眠的人们在不久后或许就能彻底摆脱辗转之苦了，大脑中一个特殊“睡眠回路”的发现，或许有助于彻底根治人们的睡眠障碍。
2 c' ~: d2 Y$ j: i9 E美国哈佛医学院和纽约州立大学布法罗分校医学与生物医学院的研究人员近日共同发现了位于脑干深处的一个促进睡眠回路，揭示了我们进入深度睡眠的部分原理。该研究成果发表在8月份的《自然-神经科学》网络版上。' Y9 Y! H. M7 x4 g6 F: l
研究发现，大脑约一半睡眠促进活动来源于脑干中的侧颜区(PZ)，而脑干是大脑中的原始部分，负责控制人体的基本生存功能，如呼吸、血压、心率和体温等。论文的共同作者、布法罗分校医学与生物医学院药理学与毒物学教授助理卡罗琳·E·巴斯表示，睡眠中枢与其他对生命至关重要部位紧密联系在一起，正凸显出了睡眠这一行为的必要性及其在脑部进化过程中的重要性。
3 P, ?5 @4 D& w& f0 a! A研究人员发现侧颜区有一种特殊神经元，专门产生神经递质γ-氨基丁酸(GABA)用以促进深度睡眠。他们针对性地开发出一套能够远程操控这些神经元的新工具，用来操控神经元的开闭，以便进行研究。. m: b0 S  N4 s# d/ r: X
“新的分子生物学方法使人们能够在前所未有的水平上精确控制大脑的功能。”哈佛医学院博士后研究员 Christelle Ancelet 说，“在开发这套工具之前，我们通常使用电刺激的方法来激活目标区域，但这通常会同时影响到周边并不需要刺激区域，对研究产生影响。”* X1 T0 B1 E0 Y, v' O  y. ]0 ^
“为了实现实验所需的精度要求，我们引入了一种病毒用来担纲‘设计师’，专门针对GABA受体进行基因重新编辑，使其成为可控的GABA开关，同时严格注意避免对其他脑部功能的影响。”论文主要作者、哈佛大学助理教授帕特里克·傅勒解释说，“当我们打开侧颜区神经元的GABA开关后，受试动物在没有服用任何镇静剂和安眠药的状态下能很快进入睡眠状态。”
4 k# J7 O$ `2 z! N5 }$ i; n  w接下来研究人员还要进一步了解这些神经元与大脑中其他区域协调促进睡眠的运作机理，探索大脑从睡眠中被唤醒的原理。未来这些研究的成功将会帮助人们解决睡眠障碍，治疗失眠，还可能借此开发出更高效、更安全的镇静剂和麻醉剂。) a7 c) x. o# N% f/ H
“现在人们正处在神经系统科学迎来变革的关键点。”巴斯表示：“基因工具使人们具有了前所未有的大脑控制能力，能够窥探到先前遥不可及的大脑功能领域。或许将来的某一天人们能够真正探明‘睡眠’这一长久以来的谜团。”6 K2 m$ ?: r( O2 z/ u
原文检索：. ?. l* S5 w% W+ L  N* x1 I, Z
Christelle Anaclet, Loris Ferrari, Elda Arrigoni, Caroline E Bass, Clifford B Saper, Jun Lu & Patrick M Fuller. The GABAergic parafacial zone is a medullary slow wave sleep–promoting center. Nature Neuroscience, 17 August 2014; doi:10.1038/nn.37892 W, Y. \1 A6 I. M8 R6 r9 f
The GABAergic parafacial zone is a medullary slow wave sleep–promoting center( d& J* I0 B: }7 }$ \. C: U$ A
Work in animals and humans has suggested the existence of a slow wave sleep (SWS)-promoting/electroencephalogram (EEG)-synchronizing center in the mammalian lower brainstem. Although sleep-active GABAergic neurons in the medullary parafacial zone (PZ) are needed for normal SWS, it remains unclear whether these neurons can initiate and maintain SWS or EEG slow-wave activity (SWA) in behaving mice. We used genetically targeted activation and optogenetically based mapping to examine the downstream circuitry engaged by SWS-promoting PZ neurons, and we found that this circuit uniquely and potently initiated SWS and EEG SWA, regardless of the time of day. PZ neurons monosynaptically innervated and released synaptic GABA onto parabrachial neurons, which in turn projected to and released synaptic glutamate onto cortically projecting neurons of the magnocellular basal forebrain; thus, there is a circuit substrate through which GABAergic PZ neurons can potently trigger SWS and modulate the cortical EEG.- J: E1 _% p1 M/ w: ^  C" M
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原文出处：http://1/news/show/11612.html