Caltech陈天桥雒芊芊脑科学研究院细胞与神经科学中心主任Viviana Gradinaru带领的实验室研究发现一组可以控制觉醒的神经元，这些神经元可以帮助我们在必要的情况下保持清醒。该项发现有助于治疗失眠，过度睡眠和睡眠障碍以及睡眠障碍所引起的焦虑、忧郁等神经疾病。

 

该项成果是由Caltech陈天桥雒芊芊脑科学研究院细胞与神经科学中心主任、生物及生物工程学助理教授、遗传医学研究所研究员Viviana Gradinaru所在的实验室完成。该成果于6月8日发表在《神经元》杂志网站。

 

Gradinaru 和她的团队研究的课题是：人们如何克服疲惫，在截止日期到来前完成工作；或在深夜醒来去照顾哭泣的宝宝。换句话说，人们在应激反应时如何克服和暂缓睡眠这一生理需求。

 

“为了回答这个问题，我们研究了大脑中一个叫做背缝神经核的脑区。这个脑区有着一组未被充分研究的多巴胺神经元，叫做背缝神经元，或者DRNDA 神经元。” Gradinaru说。“如果这个脑区出现损伤，病人就会出现白天过度嗜睡的症状。但是对于这个神经元在睡眠节律中的确切作用，以及是否会对内外部刺激做出反应从而来调节睡眠状态并没有很好的认识。”

 

该团队以小鼠为模型来研究这一问题。研究者首先发现当小鼠遇到潜在交配伴侣时，或突然出现不适的感觉时或食物刺激时，DRNDA 神经元高度活跃。研究人员推测这类神经元有可能参与应激或警觉信号的处理，进而可能调控肌体的睡眠与觉醒状态。

 

“我们随后测量了整个睡眠周期中的DRNDA活动，并且发现在动物睡眠时，这些神经元活动处于静止状态；当动物醒来时，神经元活动增加。”论文第一作者 Ryan Cho解释道，“我们的实验目的是希望研究DRNDA这类神经元的活动是否的确参与睡眠状态的调节。”

 

研究人员使用一种叫做光遗传学的技术来操控DRNDA 细胞的活动。Gradinaru 和她的团队发现，在动物正常睡眠时间内用光激活神经元，小鼠就会从睡眠中醒来，并保持清醒。反之亦然，当DRNDA细胞的活动被化学药物抑制后，动物即使在刺激信号出现时：例如捕食者或者交配伴侣的气味，也会进入睡眠状态。这意味着DRNDA 神经元的活动真正参与了睡眠和觉醒的调节。

 

最后，研究人员分析了DRNDA细胞是否参与外界刺激引起的觉醒。他们发现在动物睡着时播放高音量的噪音对照组的小鼠通常会醒来，然而当DRNDA 神经元活动被抑制，小鼠往往忽略噪音且继续保持睡眠状态。

 

Gradinaru 解释说：“这些实验结果表明在小鼠面对外界刺激时，DRNDA 细胞对于调节睡眠和觉醒状态起到非常关键的作用。尽管在人类大脑中也发现了与小鼠DRNDA 细胞同源的细胞。这些细胞的病变可能与多系统萎缩和路易体痴呆症的患者白天过度嗜睡症状有所关联，但是他们在人体中的作用不完全了解。未来，有关DRNDA细胞在人类中重要作用的研究，有望为我们提供治疗：失眠、过度睡眠，以及其他神经精神障碍，如抑郁症、双向型障碍、精神分裂症的疾病的靶点。”

 

本文题目为 “Dorsal Raphe Dopamine Neurons Modulate Arousal and Promote Wakefulness by Salient Stimuli.” 。 其他共同作者是博士后研究员Jennifer Treweek，Alon Greenbaum和J. Elliott Robinson; 前高级研究员Cheng Xiao; 和加州理工讲师Lindsay Bremner。该项研究由National Institutes of Health (NIH), the NIH’s National Institute on Aging, the Heritage Medical Research Institute, the Pew Charitable Trusts, the Michael J. Fox Foundation, the Caltech-Gwangju Institute of Science and Technology exchange program, and the Alfred P. Sloan Foundation.多家基金会资助。