圖說：作為生物節律核心起搏器，SCN把光信號轉換為節律信號，並產生不同相位的振蕩，折射到古老日晷上的不同時辰 來源/中科院腦智卓越中心 （下同）
新民晚報訊（記者 董純蕾）日出而作日落而息，大多數人如此，生物皆有其晝夜節律，你一定知道。但是，你可知道生物節律在大腦中有一個「起搏器」？答案是：位於大腦中的一個微小核團——視交叉上核（SCN），驅動著我們的晝夜節律。這究竟是怎麼做到的呢？上海科學家有了新的發現：原來，SCN能像稜鏡一般，把光信號轉換為節律信號，不同亞型的神經元扮演不同角色產生不同相位的振蕩，如同日晷上的不同時辰，使我們能夠感知時間。
中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室嚴軍研究組，通過單細胞測序等技術，首次對小鼠的晝夜節律中樞——視交叉上核進行了系統性的細胞分型，發現了新的神經元亞型，並揭示了這些細胞亞型的基因表達在晝夜節律過程中和光照刺激下的差異，同時在單細胞水平完整重構了各亞型細胞的三維空間分布，為研究哺乳動物晝夜節律的神經機制奠定了重要的基礎。今天，國際科學期刊《自然-神經科學》在線發表了相關研究論文。
圖說：嚴軍研究組
晝夜節律，也就是我們通常所說的生物鐘，在生物體中廣泛存在，對調節人們一天之中的運動、睡眠、代謝等諸多生理過程起著重要的作用。它對人們生活、對人類社會之重要，眾所周知。一旦晝夜節律紊亂，會導致包括睡眠障礙在內的各種疾病。因此，理解晝夜節律現象在神經系統中如何產生、維持以及發揮作用，是神經科學重要的研究方向，與人類健康息息相關。
2017年，三位科學家因為發現在分子水平上晝夜節律是由一系列核心節律基因構成的反饋環路所產生獲得諾貝爾生理學或醫學獎。然而，科學家們對晝夜節律在我們大腦中如何產生仍不清楚。科學家們已知，SCN是大腦中產生晝夜節律的核心，能夠接收視網膜傳遞而來的外界光暗信號，自持地產生晝夜節律振蕩，並將節律信號傳遞到全身。SCN的神經元呈現出同步的振蕩，並且處於不同空間位置的細胞有不同的振蕩相位。SCN全面的細胞分型、不同細胞類型在SCN中的空間分布、這些細胞類型在晝夜節律中如何發揮作用，都不清楚。
嚴軍研究組發現，SCN中的各種非神經元細胞和神經元一樣都存在廣泛的節律基因表達，暗示了SCN中的各類細胞都有細胞特異性的節律功能。有趣的是所有非神經元細胞中的核心節律基因振蕩相位，都明顯晚於神經元中的振蕩相位。研究組進一步將SCN中的神經元分為了五種亞型，根據它們表達的基因分別命名，並且發現這五類細胞節律振蕩的強弱、相位都各自不同。通過光刺激實驗，發現SCN不同神經元亞型對光照反應有明顯差別，說明它們在生物節律過程中有著各自分工。這些都為研究哺乳動物晝夜節律的神經機制提供了重要的線索。