1月22日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、深港腦科學(xué)創(chuàng)新研究院王立平團(tuán)隊(duì)在《神經(jīng)元》（Neuron）雜志在線發(fā)表研究論文，首次揭示了調(diào)控快速眼動(dòng)睡眠與本能防御行為的“共享”神經(jīng)環(huán)路。此大腦的“節(jié)能”模式的建立可能在進(jìn)化過程中因適應(yīng)環(huán)境的挑戰(zhàn)而得到發(fā)展和強(qiáng)化，此“共享”環(huán)路的發(fā)現(xiàn)揭示了快速眼動(dòng)睡眠具有潛在“防御天敵”的功能。這是繼2019年團(tuán)隊(duì)在Neuron發(fā)表研究成果后，在“本能恐懼行為的神經(jīng)環(huán)路”解析方面的又一進(jìn)展。

睡眠是物種在自然界得以生存繁衍的重要需求和基本保障。但是，每個(gè)人一生中可能都有過類似經(jīng)歷：被生活中的“煩心事”所困擾；第二天有“壓力山大”或者需要高度重視的事情，比如考試、面試、晉職答辯等，這些情況下當(dāng)天晚上會(huì)睡不踏實(shí)，第二天早晨起床就感覺很疲勞。生活中存在的這些壓力事件可能會(huì)持續(xù)地影響睡眠質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)影響心情狀態(tài)，導(dǎo)致晚上很容易做夢(mèng)。大部分的夢(mèng)境都發(fā)生在快速眼動(dòng)睡眠中，提示快速眼動(dòng)睡眠和壓力事件有著緊密的聯(lián)系，而快速眼動(dòng)（REM）睡眠自1953年被認(rèn)識(shí)以來，其發(fā)生機(jī)制和功能一直是個(gè)謎團(tuán)。

自然界中的動(dòng)物有著復(fù)雜的生存環(huán)境，環(huán)境中有同伴、食物、也有天敵或其他突發(fā)的環(huán)境刺激、抑或可能的誘惑。物種為了生存，首先要面對(duì)天敵時(shí)“不被吃掉”而產(chǎn)生本能恐懼反應(yīng)：躲避、原地裝死或者從危險(xiǎn)區(qū)域逃到安全區(qū)域。這個(gè)過程中，大腦要時(shí)刻保持天生的對(duì)外界突發(fā)的、對(duì)生命有威脅的信息快速處理的狀態(tài)和能力，否則“難逃一劫”。但是，一天24小時(shí)如果始終處于持續(xù)的“警覺”狀態(tài)而得不到休息，物種也無法生存。這就需要按照周圍環(huán)境中天敵出沒的規(guī)律，大腦適應(yīng)地建立了物種獨(dú)特的機(jī)體節(jié)律特征：“日出而作，日入而息”或者“晝伏夜出”?？傊?，需要睡眠。人類睡眠的特征與其他多物種的睡眠特征具有高度的保守性。我們?nèi)祟愲m然沒有了自然界中的“天敵”，但是諸多社會(huì)生活和其他環(huán)境因素的存在成為了大腦壓力的主要來源。

然而，睡眠過程中機(jī)體肌肉松弛，對(duì)環(huán)境感知下降，在危機(jī)四伏的自然界中睡眠是一種“高風(fēng)險(xiǎn)行為”，一定程度上增加了被天敵捕獲的幾率。在漫長(zhǎng)的物種演化過程中，動(dòng)物是否存在睡眠和對(duì)天敵的防御行為優(yōu)化的平衡機(jī)制，以保證通過睡眠進(jìn)行個(gè)體穩(wěn)態(tài)維持的同時(shí)，又盡可能地逃避潛在天敵來臨時(shí)的危險(xiǎn)，這對(duì)于最優(yōu)化的動(dòng)物生存和繁衍至關(guān)重要。

睡眠包含兩種狀態(tài)：非快速眼動(dòng)睡眠（NREM）和快速眼動(dòng)睡眠（REM）。這兩種狀態(tài)從腦電波、眼動(dòng)、腦血流變化等方面都截然不同。NREM睡眠又稱慢波睡眠，特點(diǎn)是全腦神經(jīng)元同步化放電，大腦處于低活動(dòng)狀態(tài)，類似于“睡的深，睡的香”的狀態(tài)；而REM睡眠呈現(xiàn)快速，去同步化放電，大腦整體活動(dòng)水平較高，基于REM睡眠后常伴隨著周期性的短暫覺醒現(xiàn)象。早在1966年，美國(guó)心理生理學(xué)家Frederick Snyder就提出REM睡眠或許扮演“哨兵功能”的假說，認(rèn)為REM睡眠期間可能允許動(dòng)物能夠監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境并做好天敵攻擊時(shí)逃跑的準(zhǔn)備，但多年來未能提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持。

王立平團(tuán)隊(duì)使用自主研發(fā)的小動(dòng)物眼動(dòng)監(jiān)測(cè)方法結(jié)合腦電肌電記錄，發(fā)現(xiàn)相較于NREM睡眠，REM睡眠期間給予天敵氣味能夠更快喚醒小鼠，且醒來后喚醒程度更高，這提示REM睡眠可能扮演著睡眠中“哨兵”的角色，用以快速感知環(huán)境中可能的威脅。

在此研究中，研究團(tuán)隊(duì)綜合使用光纖記錄，光/藥物遺傳學(xué)調(diào)控及內(nèi)窺鏡單神經(jīng)元成像，解析了一條從丘腦底核（mSTN）促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素（CRH）神經(jīng)元投射到外側(cè)蒼白球（LGP）的神經(jīng)環(huán)路，介導(dǎo)了快速眼動(dòng)睡眠下對(duì)天敵刺激的響應(yīng)，抑制這群神經(jīng)元縮短了快速眼動(dòng)睡眠的長(zhǎng)度，但延長(zhǎng)了天敵刺激誘發(fā)覺醒的潛伏期。在動(dòng)物覺醒情況下，這群神經(jīng)元同樣參與對(duì)本能恐懼刺激的調(diào)節(jié)。此外，通過給予小鼠慢性天敵壓力刺激，發(fā)現(xiàn)小鼠REM睡眠結(jié)構(gòu)顯著改變，表現(xiàn)為REM睡眠時(shí)間的延長(zhǎng)和睡眠的片段化，但在壓力刺激期間化學(xué)抑制mSTN-CRH神經(jīng)元活性則減弱了小鼠REM睡眠結(jié)構(gòu)的改變。

現(xiàn)代生活中，與壓力恐懼失調(diào)相關(guān)精神疾病如抑郁癥和創(chuàng)傷后應(yīng)激綜合癥中常見REM睡眠的改變，此外在帕金森病患者中，本研究中所關(guān)注的丘腦底核是深部腦刺激的常用治療靶點(diǎn)之一，這個(gè)靶點(diǎn)的刺激往往導(dǎo)致患者睡眠結(jié)構(gòu)改變。此項(xiàng)研究不僅為REM睡眠的防御功能提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，還解析了其中一條調(diào)控REM睡眠與本能恐懼的“共享”環(huán)路。此研究不只以一種全新的方式來理解大腦在維持生命體適應(yīng)環(huán)境的重要角色，也為睡眠障礙及本能恐懼失調(diào)相關(guān)精神疾病共患病的診斷與治療提供了可能的靶點(diǎn)。

該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院等相關(guān)部門的資助，并受到廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

論文鏈接

REM和NREM睡眠下對(duì)天敵刺激的響應(yīng)

mSTN-CRH-LGP神經(jīng)環(huán)路調(diào)控REM睡眠和防御行為

來源：中科院