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睡眠长短也因人而异,生物钟乱套

一直熬夜看球,经常跨时区出差?长期不规律的生活习惯可能让生物钟无所适从,带来一系列健康相关问题。近日发表在《科学》杂志上的一项研究显示,昼夜节律失常还可能导致记忆能力的下降。

睡眠需求多和需求少,可能是受多个基因调控的结果。

在灯火通明的城市,流光溢彩的黑夜似乎比白昼更加令人兴奋。然而,日前发表在《神经科学杂志》上的一项研究表明,夜间灯光的不同颜色可能会对健康造成不同程度的影响。

哺乳动物的主生物钟位于下丘脑的视交叉上核(Suprachiasmatic
nucleus,SCN)。在实验研究中,研究者通常利用手术破坏或基因沉默等手段打乱动物的昼夜节律。但在人类中,许多昼夜节律紊乱都是在SCN的遗传和生理结构保持完整的前提下发生的。为了在不破坏SCN的情况模拟节律紊乱对记忆的影响,斯坦福大学的一个研究小组利用短尾侏儒仓鼠(Phodopus
sungorus
)作为模型进行了研究。

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俄亥俄州立大学的神经科学及心理学教授兰迪·尼尔森(Randy
Nelson)负责这项研究。研究者发现,在夜间处于红光照射下的仓鼠,所呈现的抑郁样症状、与抑郁有关的脑部变化都明显比蓝光或白光照射下的仓鼠更少。蓝光照射对仓鼠情绪的负面影响最大,黑暗中的仓鼠则最为正常。这些结果可能也适用于人类。

澳门新匍京客户端下载 2短尾侏儒仓鼠使研究者能在不破坏动物SCN的前提下观察昼夜节律丧失对记忆功能的影响。图片来源:wikimedia.org

想必大家都有过这样的经历:红着眼熬夜复习的内容其实记不得多少,通宵后困到行尸走肉反应迟钝,越失眠脾气越暴躁……睡眠不仅影响记忆和心理健康,睡太少也会直接对免疫系统产生危害。研究人员曾在健康的年轻人中做实验,发现哪怕被试们只有一个晚上睡4
个小时,第二天他们体内某种抗癌免疫细胞的数量也会减少 70% 。

尽管与人类不同,仓鼠是夜行性动物。“然而,在受到夜间光照影响时,这两种动物在基因表达和激素分泌方面有许多相似点。”尼尔森对果壳网说:“夜间光照也不会对仓鼠的睡眠造成影响,我们得以排除睡眠紊乱引起的效应。”

短尾侏儒仓鼠有着经不起连续“折腾”的主生物钟。作为典型的夜行性动物,它们的生物钟可以通过光照进行重调,如果头一天晚上仓鼠突如其来地受到提前的“天亮”,它能将生物钟调到适应白天的模式。然而,如果第二天也出了岔子,长夜漫漫而光刺激姗姗来迟,那么在接下来的几天里,这些仓鼠的昼夜节律就将完全被打乱。通过这种“相移干扰”(disruptive
phase
shift,DPS),研究人员得以在保持SCN完整的情况下考察昼夜节律紊乱对仓鼠的影响——如上文所提到的,这往往也是发生在人们身上的真实情况。作为对照,研究人员也对一组仓鼠的SCN进行了手术切除,致使仓鼠正常的昼夜节律丧失。

但你身边可能也有这样的朋友,每天睡得比你少,却依然显得精神抖擞,干劲十足。

研究者将成年的雌性短尾侏儒仓鼠置于四种不同的夜间光照条件(无光照、微弱红光、微弱白光、微弱蓝光)下,并通过仓鼠对糖水的摄入量检验它们的抑郁样症状——通常仓鼠很爱喝含糖的水,如果糖水的饮用量少于正常值,则提示仓鼠有情绪问题。

啮齿类动物天生具有强烈的好奇心,它们倾向于探索新的环境和接触新的物体。这一特点被科学家利用发展出一系列实验来测试啮齿动物的记忆能力。在这项研究中,生物钟乱套了仓鼠们要接受“T-迷宫”测试和“新物体辨识”测试的考验。

此前,科学家们就发现,有某些特定的基因突变和天生的夜猫子相关联,失眠也可能有其基因层面的解释。最新的睡眠研究中,果蝇又为人类作出了卓越贡献。它们牺牲了自己的正常睡眠,帮助研究人员得出结论:睡眠需求多和需求少,可能是受多个基因调控的结果。

结果表明,与在红光下的仓鼠相比,在白光或蓝光照明下的仓鼠,糖水的饮用量显著减少。“然而,只要在黑暗的夜里生活两周,仓鼠的抑郁样症状就会消失了。”尼尔森说。

“T-迷宫”测试用于测量实验动物的空间记忆(Spatial
Memory)。在一个“T”字型的迷宫中,仓鼠被放置在底部的起始点。在训练过程中,只有左侧或右侧的门开启。在仓鼠熟悉了T迷宫的环境后,T字迷宫双侧通道的门度会开启,仓鼠可以自行选择路线。如果仓鼠做出了与训练相反的选择,会被记录为一次“改变”。如果仓鼠的空间记忆力受到了影响,关于训练中那侧通道的记忆难以形成,它们在迷宫中选择“改变”的次数就会出现降低。

你的生物钟,你的时型

研究者还发现,与处于黑暗环境或红光照明下的仓鼠相比,蓝光或白光照明下的仓鼠,海马区神经元的树突棘(Dendritic
spines)数量显著减少,而树突棘密度的降低恰恰与抑郁相关。

澳门新匍京客户端下载 3澳门新匍京客户端下载,用于测量仓鼠空间记忆能力的T型迷宫。训练条件下,仓鼠仅被允许在T型迷宫下部和单侧通道(左侧或右侧)之间通行,在仓鼠熟悉环境后另一侧通道也被开启,仓鼠探索另一区域的次数被用于衡量其空间记忆能力。图片来源:
sbfnl.stanford.edu

据美国国家睡眠基金会统计,约四千七百万的成年人缺少足够的睡眠。每年,由睡眠不足导致的工伤和生产力下降可造成
18 亿美金的损失。大约 120
万起车祸——总数的五分之一——都和疲倦不堪的司机有关。睡得太少的代价,是上千条性命。

研究者指出,这种效应可能由视网膜特化感光神经节细胞(ipRGCs)介导。这种细胞对蓝色波长最为敏感,对红光则最不敏感。它们既参与昼夜节律的调控,也会将光信息传递到与情绪和心境有关的脑区。

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