睡眠會使大腦「萎縮」？這其實是好事

睡眠會削弱腦中已有的神經連接，但這是必要的——如果在夜間不重置這些突觸連接，突觸可能會出現功能障礙，就像插線板接入過多電器後會燒壞一樣。

撰文 Christopher Wanjek

翻譯 房苑

審校 丁家琦

圖片來源：Ian Cuming

你相信嗎，睡眠可能會削弱腦中已有的神經連接？這一結論來自於最近的一項研究，在這項研究中，科學家觀察了睡覺過程中大腦內的微妙變化。

研究者發現，睡眠對於使大腦中的突觸（將神經元連接起來的部位）發揮正常功能至關重要。在我們睡覺的時候，突觸會縮回約20%。在這段時間內，突觸會進行充分的休息，為新一天接受新的信息輸入、學習新事物做準備。

科學家說：「如果沒有這段被稱為『突觸穩態』的重置期，突觸將會因為超負荷工作而崩潰，就像插線板接入過多電器後會燒壞一樣。」

這項研究的共同作者，來自美國威斯康星大學麥迪遜分校睡眠與認知和中心的Chiara Cirelli博士說：「睡眠是突觸功能重置的最好時機，因為當我們清醒的時候，我們總會被身邊各種事物吸引，它們不斷刺激我們的神經，迫使我們學習。」

Cirelli還告訴Live Science的採訪記者：「在睡覺的過程中，我們的大腦受外部環境的影響較小，此時大腦可以對突觸的狀態進行評估，以一種聰明的方式使突觸功能恢復到正常水平。」

早在2003年，Cirelli和她在美國威斯康星大學麥迪遜分校的同事Giulio Tononi博士就提出了「突觸穩態假說」（synaptic homeostasis hypothesis，簡稱SHY）。

最近，Cirelli和Tononi觀察到小鼠睡眠過程中的突觸回縮現象，這是支持SHY的直接的視覺證據。這一複雜的實驗持續了四年，研究結果發表在今年2月2日的《科學》（Science）雜誌上。

研究者認為：「睡眠是人類為了保持大腦學習新事物的能力而付出的代價。」

英國牛津大學睡眠與節律神經科學研究所的主任Russell Foster（未參與這項研究）認為這是一項「做得非常漂亮清楚的工作」。Foster說，他們的發現支持了「睡眠對於記憶鞏固與學習是必要的」這一觀點。

幾千年來，人類一直在探索睡眠的本質與意義。亞里士多德認為，睡眠有助於身體修復，在睡覺的過程中，身體受損的部分會被取代、重建。現代科學也支持了這一觀點，研究人員已經找到了許多與修復和代謝相關，且只在睡眠時表達的基因。

Cirelli和Tononi主要關注睡眠對於大腦的影響。在2003年的一篇文章中，他們提出睡眠會影響突觸生長過程的假說。突觸是神經元間信息傳遞的通道，在白天，我們的大腦會不斷輸入新的信息，突觸隨之加強或變多，以適應信息傳遞的需求。但是突觸不能無限加強，否則將會出現突觸飽和現象，或者稱之為「信息過載」。

研究人員在之前的文章中指出，突觸在睡眠的過程中會被「修剪」，但是「修剪」未必需要身體處於睡眠狀態，身體只是利用了睡眠中大腦信息流量減少這一優勢。

為了找到支持這一假說的證據，研究人員以小鼠為模式動物，運用了可以分辨納米尺度的突觸回縮和擴張這一極細微變化的新型電子顯微鏡。他們發現，幾個小時的睡眠平均可以使突觸的大小減小18%。

Cirelli提到，他們還有一個有趣的發現：80%的突觸都會在睡眠中被「修剪」，但是最大的那些突觸卻不會被「修剪」。研究人員認為，較大的突觸可能與最為穩定和重要的記憶相關聯，我們的大腦不希望忘掉它們。然而，大腦究竟通過何種機制決定「修剪」哪些突觸，保留哪些突觸，這還是一個未解之謎。

Foster說：「大腦在夜間修剪突觸是一個重要的生理過程，這樣才能保證白天暫時性的突觸編碼的大量信息不會將我們大腦中的信息網路弄癱瘓。修剪過程確保只有最為重要的信息被保留。」

Foster還表示，他可以想像到後續基於Cirelli-Tononi工作的實驗將以小鼠為動物模型，研究生物晝夜節律（身體內部的時鐘）、睡眠、突觸修剪與精神疾病之間的聯繫。Foster說，精神疾病的一些主要特徵就包括神經環路的破壞，睡眠缺乏以及受損的認知與記憶。今年，Foster與其他科學家合著的《生物晝夜節律：一個簡短的介紹》（Circadian Rhythms: A Very Short Introduction, Oxford University Press, 2017）將與大家見面。

Foster補充道，突觸修剪也許是睡眠的一個核心特徵，尤其對於相比於其他動物有更高級認知能力的人類來說。然而，突觸修剪也可能只是睡眠的重要功能之一。在睡眠過程中，身體利用我們相對不活躍的狀態完成一系列維持正常生命活動的必需過程。

因此，亞里士多德對睡眠的理解不無道理。

https://www.scientificamerican.com/article/sleep-shrinks-the-brain-mdash-and-thats-a-good-thing/

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