1月22日，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院、深港腦科學創(chuàng)新研究院王立平團隊在《神經(jīng)元》（Neuron）雜志在線發(fā)表研究論文，首次揭示了調(diào)控快速眼動睡眠與本能防御行為的“共享”神經(jīng)環(huán)路。此大腦的“節(jié)能”模式的建立可能在進化過程中因適應(yīng)環(huán)境的挑戰(zhàn)而得到發(fā)展和強化，此“共享”環(huán)路的發(fā)現(xiàn)揭示了快速眼動睡眠具有潛在“防御天敵”的功能。這是繼2019年團隊在Neuron發(fā)表研究成果后，在“本能恐懼行為的神經(jīng)環(huán)路”解析方面的又一進展。

睡眠是物種在自然界得以生存繁衍的重要需求和基本保障。但是，每個人一生中可能都有過類似經(jīng)歷：被生活中的“煩心事”所困擾；第二天有“壓力山大”或者需要高度重視的事情，比如考試、面試、晉職答辯等，這些情況下當天晚上會睡不踏實，第二天早晨起床就感覺很疲勞。生活中存在的這些壓力事件可能會持續(xù)地影響睡眠質(zhì)量，嚴重時也會影響心情狀態(tài)，導(dǎo)致晚上很容易做夢。大部分的夢境都發(fā)生在快速眼動睡眠中，提示快速眼動睡眠和壓力事件有著緊密的聯(lián)系，而快速眼動（REM）睡眠自1953年被認識以來，其發(fā)生機制和功能一直是個謎團。

自然界中的動物有著復(fù)雜的生存環(huán)境，環(huán)境中有同伴、食物、也有天敵或其他突發(fā)的環(huán)境刺激、抑或可能的誘惑。物種為了生存，首先要面對天敵時“不被吃掉”而產(chǎn)生本能恐懼反應(yīng)：躲避、原地裝死或者從危險區(qū)域逃到安全區(qū)域。這個過程中，大腦要時刻保持天生的對外界突發(fā)的、對生命有威脅的信息快速處理的狀態(tài)和能力，否則“難逃一劫”。但是，一天24小時如果始終處于持續(xù)的“警覺”狀態(tài)而得不到休息，物種也無法生存。這就需要按照周圍環(huán)境中天敵出沒的規(guī)律，大腦適應(yīng)地建立了物種獨特的機體節(jié)律特征：“日出而作，日入而息”或者“晝伏夜出”?？傊?，需要睡眠。人類睡眠的特征與其他多物種的睡眠特征具有高度的保守性。我們?nèi)祟愲m然沒有了自然界中的“天敵”，但是諸多社會生活和其他環(huán)境因素的存在成為了大腦壓力的主要來源。

然而，睡眠過程中機體肌肉松弛，對環(huán)境感知下降，在危機四伏的自然界中睡眠是一種“高風險行為”，一定程度上增加了被天敵捕獲的幾率。在漫長的物種演化過程中，動物是否存在睡眠和對天敵的防御行為優(yōu)化的平衡機制，以保證通過睡眠進行個體穩(wěn)態(tài)維持的同時，又盡可能地逃避潛在天敵來臨時的危險，這對于最優(yōu)化的動物生存和繁衍至關(guān)重要。

睡眠包含兩種狀態(tài)：非快速眼動睡眠（NREM）和快速眼動睡眠（REM）。這兩種狀態(tài)從腦電波、眼動、腦血流變化等方面都截然不同。NREM睡眠又稱慢波睡眠，特點是全腦神經(jīng)元同步化放電，大腦處于低活動狀態(tài)，類似于“睡的深，睡的香”的狀態(tài)；而REM睡眠呈現(xiàn)快速，去同步化放電，大腦整體活動水平較高，基于REM睡眠后常伴隨著周期性的短暫覺醒現(xiàn)象。早在1966年，美國心理生理學家Frederick Snyder就提出REM睡眠或許扮演“哨兵功能”的假說，認為REM睡眠期間可能允許動物能夠監(jiān)測周圍環(huán)境并做好天敵攻擊時逃跑的準備，但多年來未能提供實驗證據(jù)支持。

王立平團隊使用自主研發(fā)的小動物眼動監(jiān)測方法結(jié)合腦電肌電記錄，發(fā)現(xiàn)相較于NREM睡眠，REM睡眠期間給予天敵氣味能夠更快喚醒小鼠，且醒來后喚醒程度更高，這提示REM睡眠可能扮演著睡眠中“哨兵”的角色，用以快速感知環(huán)境中可能的威脅。

在此研究中，研究團隊綜合使用光纖記錄，光/藥物遺傳學調(diào)控及內(nèi)窺鏡單神經(jīng)元成像，解析了一條從丘腦底核（mSTN）促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素（CRH）神經(jīng)元投射到外側(cè)蒼白球（LGP）的神經(jīng)環(huán)路，介導(dǎo)了快速眼動睡眠下對天敵刺激的響應(yīng)，抑制這群神經(jīng)元縮短了快速眼動睡眠的長度，但延長了天敵刺激誘發(fā)覺醒的潛伏期。在動物覺醒情況下，這群神經(jīng)元同樣參與對本能恐懼刺激的調(diào)節(jié)。此外，通過給予小鼠慢性天敵壓力刺激，發(fā)現(xiàn)小鼠REM睡眠結(jié)構(gòu)顯著改變，表現(xiàn)為REM睡眠時間的延長和睡眠的片段化，但在壓力刺激期間化學抑制mSTN-CRH神經(jīng)元活性則減弱了小鼠REM睡眠結(jié)構(gòu)的改變。

現(xiàn)代生活中，與壓力恐懼失調(diào)相關(guān)精神疾病如抑郁癥和創(chuàng)傷后應(yīng)激綜合癥中常見REM睡眠的改變，此外在帕金森病患者中，本研究中所關(guān)注的丘腦底核是深部腦刺激的常用治療靶點之一，這個靶點的刺激往往導(dǎo)致患者睡眠結(jié)構(gòu)改變。此項研究不僅為REM睡眠的防御功能提供實驗基礎(chǔ)，還解析了其中一條調(diào)控REM睡眠與本能恐懼的“共享”環(huán)路。此研究不只以一種全新的方式來理解大腦在維持生命體適應(yīng)環(huán)境的重要角色，也為睡眠障礙及本能恐懼失調(diào)相關(guān)精神疾病共患病的診斷與治療提供了可能的靶點。

該研究得到國家自然科學基金委、中科院等相關(guān)部門的資助，并受到廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目的支持。

論文鏈接

REM和NREM睡眠下對天敵刺激的響應(yīng)

mSTN-CRH-LGP神經(jīng)環(huán)路調(diào)控REM睡眠和防御行為

來源：中科院