科学家发现「做梦」的开关

只要轻轻拨动开关，加州大学伯克利分校的神经学家就可以让一只睡着的小鼠进入梦乡。

研究者在进化层面非常原始的髓质细胞中插入了一个光遗传开关，这样他们就可以通过激光来控制神经元的状态，让其工作或者休眠。(关于光遗传学原理，参照蛋文：光学起搏器实验：用激光来控制果蝇的心脏)

当神经元被激活时，睡着的小鼠立即会进入REM(Rapid Eye Movement)睡眠。REM睡眠状态是哺乳动物做梦的状态，这时，眼球会快速运动，并伴随着大脑皮层的激活和全身骨骼肌的麻痹。当神经元被反激活时，小鼠进入REM睡眠的能力会减弱甚至消失。

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“以前人们总是认为在REM睡眠中，髓质所扮演的角色只与骨骼肌麻痹有关”，伯克利的分子细胞生物学教授、霍华德·休斯医学研究所的研究员Yang Dan说道。“我们展示了这些神经元的作用，其实是它们触发了REM睡眠的各个层面，包括肌肉麻痹以及大脑皮层在REM睡眠状态下特有的激活状态。”

虽然有证据显示其它部位的神经元，如脑干和下丘脑，也对REM睡眠有影响，Dan表示：“在我们的试验中，94%的情况下，一旦刺激髓质神经元，小鼠会立即会进入REM睡眠。因此我们可以总结这可能就是让你做梦的关键所在。”

加州大学伯克利分校团队的这项成果于10月7号发表在了网上，并于10月15号发表在英国的《自然》杂志上。

研究者表示，这项发现不仅会帮助研究者更好地理解大脑中睡眠和梦境的复杂控制过程，而且可以允许科学家们控制小鼠的梦境来帮助理解为什么人类会做梦。

“许多的精神障碍，特别是情绪失调，都和REM睡眠的变化相互联系，并且许多常用药也会引起REM睡眠的变化，所以REM睡眠可能是一个敏感的心里和情感健康指示器，”伯克利的博士后、第一作者Franz Weber说道。“我们希望研究这种睡眠环路可以帮助我们更好地了解这些心里问题以及那些会影响睡眠的神经疾病，比如帕金森和阿尔兹海默病。”

饮食与做梦

研究人员还发现，当在小鼠醒着的时候刺激这些脑细胞时，小鼠并没有显示出失眠的症状，但是它们会吃得更多。在普通的小鼠中，这些神经元作为一个神经细胞亚群，它会释放出一种叫γ-氨基丁酸(GABA)的神经递质，因此它们被称作GABA神经元。这些神经元在小鼠醒着，并进行进食和梳理毛发这两种愉悦的行为过程中最为活跃。

Dan猜想这些位于髓质中的GABA神经元与应激神经元的作用相反，比如脑桥(另外一个大脑中进化层面比较原始的部分)中的去甲肾上腺素能神经元。去甲肾上腺素能神经元会释放出去甲肾上腺素，一种类似于肾上腺素的神经递质。

“有学者发现，去甲肾上腺素能神经元，这种你在跑步时会活跃的细胞，当进食或者梳理毛发等行为发生时会停止释放递质。所以似乎每当你放松并享受的时侯，去甲肾上腺素能神经元的开关都会断开，髓质中GABA神经元的开关会闭合，”Dan说道。

从髓质的腹侧部分，到脑干以及下丘脑的部分区域，GABA神经元均有分布，所以它们能够影响许多机体的功能。这些区域比大脑皮层更为原始，大脑皮层是思考的中心，而它们则控制着情感和许多本能，它们也是肌肉和呼吸等机体自动功能的控制中心。

光学脑状态转换

Dan，Weber和他们的同事选择了一种叫光遗传学的技术来研究位于髓质并且与REM睡眠有关的GABA神经元。这种技术包括在特定神经元中通过病毒插入一个光敏感离子通道。为了使病毒定向作用于神经元，研究人员使用了一种基因改造的小鼠，在它们的GABA神经元中会表达出一种标记蛋白。当这些工作做好之后，离子通道就可以根据激光信号打开或者闭合，激光信号通过一根插入小鼠大脑的光纤传送。

使用这种小鼠，研究者总结出了髓质中这些神经元的活动状态，并且记录下了短时间激活或者反激活这些神经元对睡眠和苏醒行为的影响。

研究者还使用一种药品来使这部分神经元失活，他们发现这会造成REM睡眠的减少。但这种效果并不会马上显现出来，持续时间也不会很长。毕竟这种药品要过半小时才会起效，并且会被慢慢代谢掉。

此外，研究者还在髓质中其它神经元群中插入了这种光敏感通道：谷氨酸能神经元，它会释放神经递质谷氨酸。当这种神经元被激活时，小鼠会立即被唤醒，与GABA神经元恰好相反。

Dan现在还在继续她的神经元研究，并不仅仅局限于与REM睡眠有关的，她也在研究那些会影响非REM睡眠的神经元。

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本文译自 Science Year，由 焦盖盖 编辑发布。