Sci:大脑化学物的微妙变化改机体的醒睡周期 睡麻K减CaMgH增

邓文龙

Science：大脑化学物的微妙变化或可改变机体的醒睡周期
睡麻胞外K 减, Ca Mg H 增

2016-05-02 23:13



图片来源：medicalxpress.com

2016年5月2日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，来自罗切斯特大学神经转化医学中心的研究者在国际著名杂志Science发表了他们的最新研究成果，文章中，研究者揭示了可以控制醒睡周期（sleep-wake cycle）的机体特殊生物学机制，同时研究者指出，大脑中特殊化学物质平衡的微妙变化或许就会改变动物大脑的意识状态。

文章中，研究者重点对脑脊髓液（CSF）的一系列离子进行了研究，结果发现，不仅这些化合物平衡的改变在刺激或抑制神经细胞活性上扮演着重要角色，而且这些化学物质似乎还可以在机体睡眠状态下改变细胞体积，从而促进大脑细胞收缩，这一过程有助于促进大脑废物的移除。

研究者发现，我们机体的醒睡状态似乎依赖于脑脊液中特殊离子的浓度和平衡，实际上通过改变脑脊液中钾、钙、镁及质子离子的浓度，研究者就发现他们可以控制缺失神经递质的小鼠机体的醒睡状态，尤其是在机体睡眠-觉醒过渡期间，钾离子在离子水平的波动过程中扮演着重要角色。

研究者Nedergaard表示，细胞外离子成分的单一改变都会促使睡眠的动物觉醒，而使觉醒的动物再次入睡将可揭示一种特殊的机体机制，该机制在调节动物大脑意识状态上扮演着重要角色。由于离子都携带正电荷，随着其在大脑脑脊液和脑细胞中进进出出，其就会改变细胞中的电活性，从而促进细胞极化和去极化，当去极化在神经元中发生时，细胞就会变得兴奋、警醒。

通过鉴定这种新型的大脑控制机制，研究人员就提供了一种调节机体醒睡周期的新型方法，从而为开发新型的睡眠药物以及帮助理解机体意识状态的长期缺失，比如昏迷等提供新的思路和基础；同时研究者还推测说，在失眠个体处于长期觉醒状态过程中，离子组成的改变或许在其机体疲惫及记忆损伤上扮演着重要的角色。（生物谷Bioon.com）

Changes in the composition of brain interstitial ions control the sleep-wake cycle

http://science.sciencemag.org/content/352/6285/550



http://news.bioon.com/article/6682051.html

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科学网 孙学军 博客

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重要科学现象往往被忽视  精选

已有 212 次阅读 2016-5-4 15:34

个人分类:自然科学|系统分类:海外观察

2016年4月29日《科学》杂志上的一项研究，揭示出控制睡眠-觉醒周期的生物学机制。它证实简单地改变脑脊液中的化学物质平衡就可以改变动物的意识状态。这个研究思路非常巧妙，又让人觉得符合逻辑。离子浓度和神经元兴奋性的关系十分密切，甚至是决定神经元兴奋性的开关。只不过过去我们没有把这种似乎属于环境状态的因素看成调节或信号模式，这属于自我欺骗或自我麻醉的错误，有时候阅读文献时我们会觉得自己真傻。真正最重要的调节信号往往是那些最常见最基本的信号因素。例如二氧化碳浓度、氧气浓度、基本离子浓度、血糖浓度，那一个不是要命的信号。可惜我们在研究中往往把这些作为不重要的，或者理所当然的简单道理，不仅不深入研究，甚至视而不见。

这项发表在《科学》的研究将焦点放在了脑脊液中一些离子浓度上，发现这些离子浓度改变不仅在刺激或抑制神经细胞活性中起关键作用，似乎在我们睡觉的时候也改变了细胞体积导致脑细胞缩小，这一过程帮助了清除废物。这些研究结果也看上去非常“自然”，因为离子浓度是决定细胞膜电位的关键因素，当这些离子水平发生变化时，整个大脑的兴奋性发生步调一致的调整，几乎就是一种必然。另外，金属离子和水密切相关，离子多的时候，这个区域的水就多，这也是决定细胞体积的关键。

领导这一研究的是美国罗彻斯特大学转化神经医学中心联合主任Maiken Nedergaard博士。任职于华中科技大学同济医学院及罗彻斯特大学的丁凤菲（Fengfei Ding）博士和罗彻斯特大学的John O’Donnell是这篇论文的共同第一作者。丁凤菲博士的主要兴趣是研究离子在调控中枢神经系统生理和病理过程中所起的作用。

Nedergaard说：“了解是什么驱动了觉醒对于阐明睡眠时的意识及无意识至关重要。我们发现从觉醒过渡至睡眠伴随着一些重要胞外离子浓度及细胞外间隙体积的显著及持续改变。”

神经科学领域的共识认为，大脑是被包括乙酰胆碱、组胺、5-羟色胺、去甲肾上腺素和多巴胺等神经递质组成的鸡尾酒“唤醒”，这些神经递质源自大脑及脑干的神经组织结构。这一化学信使鸡尾酒发挥作用启动大脑清醒神经元，激活大脑皮层及负责记忆、思考，将大脑置于清醒状态的其他大脑区。但这一经典模型并不能完全解释大脑是如何快速激活数十亿神经细胞的，这是变得警醒，开始处理来自外部世界信息的必要条件，或者当到了睡眠的时候它是如何降低这一活性的。也不能解释随着时间推移大脑维持清醒或睡眠状态的机制。

新研究揭示我们的睡眠-觉醒状态似乎取决于脑脊液中的离子浓度和平衡。通过改变脑脊液中钾离子、钙离子、镁离子和一些离子的浓度，研究人员证明可在不改变神经递质情况下控制小鼠的睡眠-觉醒状态。其中钾离子起关键作用，因为在睡眠-觉醒过渡过程中这一离子的水平呈快速波动。人们早就知道脑细胞外的离子浓度会发生这些变化，但一直将这些改变视为是睡眠-觉醒周期的结果而非原因。这说明人们过去可能一直被自己的旧知识观点蒙蔽，对此简单道理视而不见。

Nedergaard说：“简单地改变胞外离子组成就可以唤醒沉睡的动物及让清醒的动物睡去，这一事实提供了直接的证据表明，这一机制在调控意识中起关键作用。”由于这些都是正电荷的离子，当它们在脑脊液与脑细胞之间来回移动时，它们可以改变细胞的电活动，导致它们极化或是去极化。当神经元中发生去极化时，细胞变得易兴奋、警觉和清醒。这些研究结果可能揭示了，当我们从睡眠过渡至觉醒时，大脑能够快速、同时及整体上激活数十亿神经细胞的机制。它可能还揭示了大脑能够在很长一段时间通过改变神经细胞的电位来维持睡眠或清醒状态的机制。研究人员还观察到化学改变影响了脑细胞的体积。具体说来，他们发现当我们睡觉的时候大脑中的神经细胞和支持细胞缩小，为脑脊液冲走废物创造了更多的空间。

通过确定这一新的控制机制，研究结果为调控睡眠-觉醒周期，促使开发出新的睡眠药物，及帮助科学家们更好地了解诸如在昏迷过程中长期地丧失意识指出了一些新路径。据推测，离子组成发生改变还对失眠个体长时间清醒状态时的疲倦及记忆力受损发挥了作用。

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