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怎么都睡不着?可能是你脑子里的多巴胺又调皮了

2016/09/07 来源:生物探索
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导读
近日,来自斯坦福大学医学院的研究小组在Nature Neuroscience杂志上发表一项研究。他们发现与大脑奖赏系统密切相关的脑腹侧被盖区(Ventral tegmental area,VTA)多巴胺能神经环路在睡眠-觉醒周期中也扮演着重要角色。


脑腹侧被盖区(Ventral tegmental area,VTA)多巴胺能神经环路在多种行为和情绪中都起着重要作用。同时,该环路还是大脑奖赏系统的核心成分,促进动物的生存、繁殖等行为。近日,来自斯坦福大学医学院的研究小组发现,VTA神经环路在睡眠-觉醒周期中也扮演着重要角色。这一研究成果发表在Nature Neuroscience杂志上。

VTA多巴胺能神经环路控制的奖赏系统激励着动物的目的性行为,比如逃离捕食者或觅食,这些行为都是动物觉醒时发生的。但是该神经环路与睡眠-觉醒周期是否有直接联系仍然尚未明确。

在本研究之前,大脑的奖赏和觉醒系统还没有精确的解剖学位置。研究人员认为该研究有着巨大的临床意义。对于制药公司来说,失眠症有着数十亿美元的市场。传统治疗失眠的药物,如地西泮,非特异性地作用于全脑。现在,科学家们发现的这条新的睡眠-觉醒环路为开发特异性更高的治疗方法提供了可能,这将给失眠患者带来更高质量的睡眠。

美国国立卫生研究院的研究显示,大约有25%~30%的美国成年人受到睡眠障碍的影响。此外,睡眠节律紊乱是许多神经精神障碍(如抑郁症)的典型症状,并且加重这些疾病的发展。

从鱼类、青蛙到人,所有脊椎动物的奖赏环路都是相似的。多巴胺在该环路中都扮演着重要角色。VTA是大脑多巴胺神经元最集中的地方,VTA的多巴胺神经元末梢投射到伏隔核(nucleus accumbens,NAc)等脑区。NAc是基底前脑的一个较大的核团,在介导奖赏效应的中起着核心作用,对诸如食物,性,毒品等刺激有反应。

研究人员认为,由于许多奖赏环路的激活药物比如苯丙胺,在刺激多巴胺分泌的同时也让使用者处在觉醒状态,因而很自然地去考虑多巴胺是否在睡眠-觉醒周期中也扮演着重要角色。但是由于技术条件的限制,此前的文献中并没有有力证据表明这两者存在关联。

在本研究中,科学家利用基因工程实验鼠,刺激、抑制并监控它们VTA脑区多巴胺的分泌情况。并检测小鼠全脑的活动及肌肉张力,以判断小鼠处于睡眠还是觉醒阶段。

VTA多巴胺神经元与睡眠-觉醒周期密切相关

总的来说,当小鼠觉醒时,VTA的多巴胺神经元处于激活状态。当小鼠过渡到睡眠阶段时,其活性下降,并停留在较低的水平。

激活多巴胺神经元可以将小鼠从睡眠中唤醒,并保持长时间清醒,即使此时小鼠本应该处于睡眠周期中。而那些VTA没有被过度激活的对照组小鼠,则会利用笼子里颗粒材料筑巢,然后迅速进入睡眠。当研究人员在小鼠活动期抑制VTA多巴胺神经元活性时,即使在有觉醒刺激物存在的情况下,小鼠也会打盹。

抑制VTA多巴胺神经元将促进筑巢行为

通常情况下,将小鼠置于一个不熟悉的笼子中,它们会积极探索新环境。研究人员将VTA抑制的小鼠放入新鼠笼,在进入新笼子的前45分钟,它们在觉醒状态。但有趣的是,研究人员发现这些小鼠把探索新环境的时间用来认认真真地筑巢。一旦小鼠们对自己的巢满意了,它们就开始打瞌睡。

研究人员说,这并不是VTA活动抑制时出现的刻板行为。因为,如果把这些小鼠平日里住的笼子里的巢穴移到新笼子里,它们会爬到窝里立刻开始睡觉。

而对照组的小鼠进入到新环境后会在笼子里跑来跑去,它们要么无视那些筑巢材料颗粒,要么把这些小颗粒洒在笼子里到处都是。

研究人员通过录像分析了小鼠进入新环境后的行为,并且将它们在1s内的录像与当时的大脑活动联系起来。研究人员发现,在筑巢时,小鼠VTA脑区的活动明显更低。

研究人员说,众所周知,刺激大脑多巴胺相关环路会增强一些目的性的行为,例如觅食或求偶。但是,本研究发现至少有一种复杂行为不是由于刺激多巴胺环路,而是由于抑制它所产生的。有趣的是,这项行为——筑巢——对老鼠准备睡眠十分重要。

事实上,我们人类也是如此。如果我们破坏睡眠准备阶段,比如在睡前看电子邮件或者玩游戏,屏幕不仅发光,而且很容易使我们的情绪又兴奋起来。VTA脑区的多巴胺神经环路又被激活,显而易见,这就是为何我们会失眠的原因。

值得注意的是,这种睡眠预备阶段往往是很多人睡眠问题的根源。研究人员表示,新发现的这个环路可能成为药物干预治疗失眠的新靶点。

研究人员说,我们有大量多巴胺拮抗药物。如果在恰当时间给予正确剂量且药代动力学特性合适的药物,确保它的药效在适当的时间内能逐渐消失,那么这种药的效果显然比那些强力地作用于全脑的苯二氮卓类药物,比如安定,要好得多。

研究人员还认为这种靶向作用于VTA多巴胺神经元的药物可以改善那些以失眠为典型症状的精神疾病,如精神分裂症和双向情感障碍等。

备注:本文编译自Stanford University Medical Center网站,原标题:“Brain circuit that drives sleep-wake states, sleep-preparation behavior is identified

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