果蠅大腦暗藏人類睡眠「玄機」

2020-12-20 騰訊網

在深圳先進院腦科學實驗室，放著一臺電飯煲。劉暢研究員告訴深圳商報記者，它並沒有其他科學功能，而是發揮其原有作用：煮粥，煮出來的食物用來培育做實驗用的果蠅。「果蠅的基因組與人類有85%相似度，其研究成果可以借鑑給高等動物及人類。」

△深圳先進院腦科學實驗室據悉，團隊最新成果是與美國布蘭迪斯大學合作，利用果蠅發現了大腦中調節睡眠質量的神經環路，為應對睡眠問題提供了新的治療幹預靶點及潛在治療策略。相關成果發表於《細胞》子刊《現代生物學》。果蠅啥時候睡覺？果蠅在日常生活中是「不速之客」，蔬菜水果沒及時吃完，不久就能看到這些黑色的小身影。而對劉暢來說，它們是重要的試驗對象。「果蠅生活周期短，25℃的環境10天就可以繁衍一代，可以縮短研究時間。此外，它們腦內只有10萬個神經元，且遺傳工具豐富，可以清晰地理解大腦神經元的工作方式，」劉暢介紹道，「我們實驗室就培育著幾萬隻果蠅。」

△實驗室培育的果蠅要研究睡眠機制，首先要弄清果蠅的晝夜活動狀態。「我們把果蠅裝到透明的玻璃小管中，這個小管一端是食物，一端封口，扎個小孔通氣，再把小管裝入到果蠅活動監測儀中，連入電腦，實時監測果蠅的活動狀態。」劉暢介紹道。每當果蠅穿過小管中部，監測儀上的紅外線就會被打斷，電腦便可記錄此時為活動狀態。連續記錄好多天後，對數據進行對比，就可以知道果蠅什麼時候睡覺，什麼時候活動。發現「甜甜圈」腦區調控睡眠結構為進一步發現是什麼影響了睡眠，團隊通過光或熱來刺激果蠅大腦中的特定神經元，最終發現在形似「甜甜圈」的腦區——橢球體中，一些特異的受體接受了大腦被刺激後釋放的信號，而這會導致果蠅在睡夢中突然醒來，也就是睡眠片段化。

△調控果蠅睡眠機制「實驗數據顯示，這條特殊神經環路被激活的果蠅，在白天睡眠中醒來的次數平均增加了15-20次，夜間醒來增加了10-15次。」劉暢說。 值得一提的是，這類接收信號、打斷睡眠的受體所在的「甜甜圈」腦區，此前一直被認為負責調控運動和感知。該腦區與睡眠穩態的關係，近幾年才被學界關注，而此項研究成果首次揭示了該腦區對睡眠結構的調控機制。睡得久≠睡得好為進一步驗證沒睡好是否會影響第二天的狀態，團隊又開始分析睡眠結構和學習記憶的關係。 「我們利用厭惡性嗅覺條件化實驗範式，讓果蠅聞到一種氣味同時給電擊懲罰，聞到另一種氣味則沒有電擊懲罰的方式訓練果蠅，然後讓果蠅在兩種氣味中進行選擇，以此來分析果蠅的學習能力。結果顯示：經歷了睡眠片段化的果蠅學習能力降低了1/3，而後通過藥物挽救或遺傳修復睡眠質量，學習能力就會恢復到對照組水平。」劉暢說。 神經科學和生物物理學家郭愛克院士表示，這項研究揭示了特異的受體靶點，為臨床上睡眠障礙和認知受損的共病患者提供了新的藥物設計靶點，將有助於藥物研發及臨床應用。

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  • 科學家從果蠅身上找到了答案
    這種輕柔的機械振動刺激，往往會使人們更快地進入睡眠。但是，我們目前對機械振動如何導致人們快速入睡的背後機制尚不清楚。作為生命科學與人類疾病研究的重要模型，果蠅的大腦與人類有著非常相似的發育和功能機制，因此通過研究果蠅的睡眠是如何調節的，可以了解到許多關於人類睡眠的知識。
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    Griffith教授合作，利用果蠅這一模式生物，發現了大腦中調節睡眠質量的神經環路，進一步地解析了調控睡眠的神經機制，為應對睡眠問題提供了新的治療幹預靶點及潛在的治療策略，研究成果於10月24日發表於《細胞》（Cell）子刊《現代生物學》（Current Biology）雜誌。文章上線頁面。
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