光是調(diào)節(jié)我們生理節(jié)律的重要外部信號。我們每天的睡眠、飲食、免疫反應、甚至精神專注度，都受到一個被稱為“晝夜節(jié)律鐘（circadian clock）”的內(nèi)部系統(tǒng)的調(diào)控。雖然這個“鐘”運行周期接近24小時，但它并非精確無誤，因此必須通過外部線索（特別是光）來不斷調(diào)整。

在哺乳動物體內(nèi)，負責調(diào)節(jié)這一節(jié)律的“大腦主控器”是下丘腦深處的一個小區(qū)域——視交叉上核（SCN）。它由約2萬至4萬個神經(jīng)元組成，就像一枚精準的中央手表，指揮著全身各種生理活動的時間表。

當我們跨越時區(qū)出現(xiàn)“時差反應”時，正是因為這個內(nèi)部鐘表尚未與新的晝夜節(jié)律同步。雖然科學家早已知道眼睛中的“固有光敏視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞”（ipRGCs）可感知藍光并將信號傳送至SCN，但光信號在SCN中是如何被接收并轉(zhuǎn)化為具體的節(jié)律調(diào)整機制，長期以來仍是一個謎。

現(xiàn)在，這一謎團終于有了突破性進展。

在《Nature Communications》上發(fā)表的一項研究中，來自臺灣大學（NTU）與清華大學（NTHU）的研究團隊利用“迄今為止最深層次的雙光子鈣成像技術(shù)”，首次在清醒小鼠體內(nèi)，直接觀察到了SCN中單個神經(jīng)元在接收到光刺激后的響應模式。

“我們發(fā)現(xiàn)，SCN的反應遠比想象中復雜?！痹撗芯康谝蛔髡呷~博廷博士表示，“過去人們認為SCN的重設(shè)是一種類似反射的簡單過程——光刺激→信號傳遞→生物鐘調(diào)整。但我們看到的是一個高度動態(tài)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，像是在進行一場‘集體決策’。”

研究發(fā)現(xiàn)，光照并非激活所有SCN神經(jīng)元，有些被激活，有些則受到抑制；更有趣的是，每次實驗中響應的神經(jīng)元群體會有所不同，但激活與抑制的比例卻保持驚人一致。這意味著SCN并非以固定線路傳遞信號，而更像是大腦高級區(qū)域中的“靈活網(wǎng)絡(luò)”，具備動態(tài)整合與決策的能力。

通過遺傳工具，團隊進一步識別出一小群在“夜晚早期”被光激活的SCN神經(jīng)元。這些神經(jīng)元在調(diào)節(jié)“推遲生物鐘”（讓小鼠第二天晚些入睡和起床）中起關(guān)鍵作用。研究人員還在不同時間段人為激活這些神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)即使在白天——即SCN通常對光“無動于衷”的時段，也能成功讓小鼠的內(nèi)在節(jié)律延后。

“未來如果能精準控制這些神經(jīng)元的活性，我們或許能開發(fā)出應對時差、治療失眠，甚至幫助‘夜貓子’早起的神經(jīng)調(diào)控方法。”第三作者、博士生蔡恩霈補充說。

該研究的通訊作者、陳士闊教授總結(jié)道：“調(diào)節(jié)生物鐘聽起來就像簡單地‘晚睡晚起’或‘早睡早起’，但背后的神經(jīng)機制，可能和你在紀念日挑選晚餐餐廳一樣復雜?！?/p>

通過揭示SCN內(nèi)部神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對光的精妙響應，這項跨生命科學、物理與計算科學的合作，不僅挑戰(zhàn)了過去對生物鐘調(diào)控的傳統(tǒng)理解，也為未來開發(fā)精準節(jié)律療法打下基礎(chǔ)，或?qū)椭祟惛玫仨槕约旱摹吧锕?jié)奏”。

參考文獻：Po-Ting Yeh et al, Discrete photoentrainment of mammalian central clock is regulated by bi-stable dynamic network in the suprachiasmatic nucleus,?Nature Communications?(2025).?DOI: 10.1038/s41467-025-58661-1

編輯：王洪

排版：李麗