生物谷报道：经验告诉我们，在清醒状态下忙十几个小时之后，我们的大脑几乎不能吸收任何东西了；但睡了一觉之后，我们又精神抖擞了。
威斯康辛大学医学和公共卫生学院的一项研究深入研究了这一现象。该研究发表在2008年1月20日Nature Neuroscience（在线版）上。睡眠对大脑应对环境的能力非常重要。这种被称为可塑性的能力，是学习能力的关键。研究人员用几种方法证实，在小鼠清醒的时候，神经细胞的突触比其在睡眠的时候强。
该项新发现证实了他们关于睡眠的作用的假说：当人们睡眠的时候，突触将变小，以便为新的一天做准备，为新的一轮学习和突触增强做准备。这一假设目前还有高度的争议性。
精神病学副教授、该项研究的作者Chiara Cirelli说，人的大脑耗费将近80%的能量供给突触的生理活动。在各种刺激下，突触不断增加，神经连接不断增强。大脑中数以百万的神经元，每一个都包含数千个突触，其需要消耗的能量可想而知。Cirelli说，这种方式消耗的能量是巨大的，是无法持久的。这意味着我们要有一个休息期，让我们不必再对环境的刺激作出反应，让突触的活动有机会停下来。Cirelli认为，这就是为什么所有的活体都需要休息。如果缺乏睡眠，大脑就会到达一个饱和点，此时它消耗的能量已经超出负荷，存储的能量无法再供给突触的活动，就没有能力进一步学习了。
为了验证这个理论，研究人员对小鼠进行了分子生物学和电生理的研究，以确定睡眠和情形期间，突触的增强或弱化作用。在其中的一组实验，他们测量小鼠大脑切片中特定受体或结合位点的数量，而这些受体或结合位点是位于突触上的。
Cirelli表示，近来的研究已证实，突触的活性越高，进入突触的谷氨酸受体越多，突触的体积也就越大，变得越强。
这个研究小组惊奇地发现，与睡眠的时候相比，小鼠在清醒的时候受体的数量差不多增多了50%。
在第二个分子生物学实验，这些科学家研究了有多少受体发生了磷酸化--这也是突触增强的一个指标。他们发现，清醒时磷酸化的水平远高于睡眠时。测量其他突触增强时活跃的酶，结果也都一致。
为了增加说服力，Cirelli及同事也在活的小鼠中测量由不同时期突触变化引起的电信号。这个方法是在小鼠醒来或入睡后，用电极刺激小鼠大脑的一边，然后在另一边测量其“诱发反应”。整个过程类似于作脑电图。
该研究再次证明，在相同的刺激下，长期清醒后的电反应，比睡眠时要强。表明在清醒时突触确实变得更强。
Cirelli说，综合上述结果，这些分子生物学和电生理测量得到的数据非常复合假设，清醒时大脑的电路非常强，而睡眠可以让它们维持在基准水平以进行恢复。
她和同事提出的上述理论，被称作突触平衡假说“synaptic homeostasis hypothesis”，与目前许多科学家对睡眠如何影响学习的看法背道而驰。现在科学家普遍认为，睡眠时突触的活性增高，它们要不断地巩固清醒时获得的信息。
她说，我们不这么想。我们认为学习仅仅是在我们醒着的时候进行，睡眠的作用主要是维持我们大脑的最基本功能，让突触保持精简和高效。
生物谷推荐原始出处：
Nature Neuroscience
Published online: 20 January 2008 | doi:10.1038/nn2035
Molecular and electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and depression in sleep
Vladyslav V Vyazovskiy1,3, Chiara Cirelli1,3, Martha Pfister-Genskow1, Ugo Faraguna1,2 & Giulio Tononi1
Abstract
Plastic changes occurring during wakefulness aid in the acquisition and consolidation of memories. For some memories, further consolidation requires sleep, but whether plastic processes during wakefulness and sleep differ is unclear. We show that, in rat cortex and hippocampus, GluR1-containing AMPA receptor (AMPAR) levels are high during wakefulness and low during sleep, and changes in the phosphorylation states of AMPARs, CamKII and GSK3 are consistent with synaptic potentiation during wakefulness and depression during sleep. Furthermore, slope and amplitude of cortical evoked responses increase after wakefulness, decrease after sleep and correlate with changes in slow-wave activity, a marker of sleep pressure. Changes in molecular and electrophysiological indicators of synaptic strength are largely independent of the time of day. Finally, cortical long-term potentiation can be easily induced after sleep, but not after wakefulness. Thus, wakefulness appears to be associated with net synaptic potentiation, whereas sleep may favor global synaptic depression, thereby preserving an overall balance of synaptic strength.
Department of Psychiatry, University of Wisconsin-Madison, 6001 Research Park Blvd., Madison, Wisconsin 53719, USA.
Scuola Superiore S. Anna, Via Giosue' Carducci 40, 56127 Pisa, Italy.
These authors contributed equally to this work.
Correspondence to: Chiara Cirelli1,3 e-mail: ccirelli@wisc.edu
Correspondence to: Giulio Tononi1 e-mail: gtononi@wisc.edu
