快来看看专家怎么说

作者：张馨予

　　【脑科学科普】专栏

　　第036期

　　# 脑海Yeah 第 44 期 #

　　文 | 潘高杰

　　睡眠是生物节律的一种重要形式，人的一生中有三分之一的时间都是在睡眠中度过的，动物体每天在睡眠-觉醒周期之间来回转换，以满足对机体和环境的需求。迄今为止研究的所有动物都显示出睡眠的特征性迹象，包括哺乳动物，鸟类，鱼类，昆虫，蛔虫和水母。事实上，动物没有睡眠是无法生存的。睡眠通常被认为是一种极其脆弱的状态，会危及物种的繁殖。当睡眠中的动物在面临危险时，快速觉醒是充分反应的先决条件。睡眠中的动物是否可以对捕猎者线索做出反应，以及是否存在特定的神经环路在睡眠期间引发快速唤醒和行为防御，目前尚不清楚。

　　2022年1月23日，中科院深圳先进技术研究院的王立平团队在Neuron发表原著论文，发现与非快速动眼睡眠（NREM）相比，捕猎者刺激会使小鼠立即从快速动眼睡眠（REM）中唤醒，这期间丘脑底核 (mSTN) 中表达促皮质激素释放激素 (CRH) 的神经元(mSTNCRH)发挥了重要作用。

　　论文题目

　　首先作者在小鼠睡眠期(光照阶段)给予嗅觉捕猎者刺激物 TMT 气味，发现TMT 能诱导小鼠快速从REM期而不是NREM期转向觉醒。在体钙信号记录结果显示，在清醒期和REM 睡眠期间给予嗅觉上TMT 刺激以及视觉上虚拟捕猎者大鼠刺激时，均会诱发 mSTNCRH 神经元活动的显着变化，而在 NREM期间给予刺激，却未观察到此现象，提示mSTNCRH神经元在REM期和清醒期中对捕猎者线索刺激发挥了重要作用（图1）。

图1：mSTNCRH神经元在REM期和清醒期对捕猎者线索刺激的神经元活动

　　接下来，为了进一步探究动物是否依赖 mSTNCRH神经元的活动来调节REM 期和清醒期间的唤醒和防御行为，作者通过化学遗传学抑制的方式，有效地抑制了mSTNCRH神经元的活动，结果发现REM期给予嗅觉TMT刺激后，与mCherry对照小鼠相比，在hM4Di小鼠中注射CNO，显著延长了REM到清醒的潜伏期，但不影响NREM 到清醒的潜伏期。此外，在清醒期给予视觉捕猎者刺激时，抑制mSTNCRH神经元的活动，也有效的减少了小鼠的逃逸反应。这些结果表明，mSTNCRH神经元的活动在 REM期和清醒期对于潜在危险的唤醒和防御行为是必需的（图2）。

图2：REM期和清醒期mSTNCRH神经元在唤醒和防御反应中的必要性

　　紧接着，作者又使用了光遗传学的方式，进一步检测激活mSTNCRH神经元的活动在REM期和清醒期间对于潜在危险的唤醒和防御行为的充分性。结果显示：正常情况下，在NREM期激活mSTNCRH神经元能迅速引起小鼠的觉醒，而REM期激活mSTNCRH神经元不能引起小鼠的觉醒，但显著延长了REM时长。在REM睡眠期给予嗅觉TMT刺激后，激活mSTNCRH神经元，能显著降低REM到觉醒的潜伏期，清醒期间给予视觉捕猎者刺激，也有效地增加了小鼠的逃逸反应。这些结果说明了mSTNCRH神经元在 REM 睡眠期和清醒期对威胁检测和风险评估等防御反应方面的关键作用（图3）。

图3：mSTNCRH神经元的光遗传学激活有助于觉醒并增强防御反应

　　如果REM睡眠可以使动物对威胁做出更好的防御反应，作者预测，持续暴露于捕猎者的小鼠会在 REM 睡眠中花费更多时间，这应该由mSTNCRH神经元活动所介导。于是作者将小鼠暴露于连续施加的压力源环境（与大鼠气味或肢体接触），结果发现，持续的压力源导致小鼠的REM 睡眠时间显着增加，单个REM睡眠持续时间更短、睡眠结构碎片化严重。当化学遗传学抑制mSTNCRH神经元的活动后，能显著逆转这一情况。在面临视觉上迫在眉睫的压力刺激时，化学遗传学抑制mSTNCRH神经元的活动，也显著降低了防御反应。这些发现表明REM睡眠阶段可能对维持动物抵御急性威胁的能力很重要，并且 mSTNCRH神经元与这种行为适应有关（图4）。