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【Neuron】科学家最新研究发现--人类睡眠的奥秘!人类或将迎来“按需睡眠”时代?

发布时间: 2018/05/18浏览次数: 582

人一生当中要花费1/3的时间用于睡眠,婴儿时期睡得多,老年阶段睡得少。同样,动物也需要睡眠,然而由于环境压力,很多动物不得不演化出非常富有智慧的睡眠方式:比如有些动物会睁着一只眼睛睡觉,另外还有动物可以交替控制左右大脑睡觉,无论何时总是保持有一半的大脑是清醒状态。加州大学伯克利分校神经生物学的DanYang教授在《Neuron》上发表了对睡眠的最新研究进展。这篇论文所使用的成像技术为美国INSCOPIX公司(www.inscopix.com)的神经显微成像系统。


通讯作者介绍

Yang Dan, PhD| Universityof California Berkeley

Yang Dan教授研究哺乳动物大脑控制睡眠的环路,以及额叶皮层施加自上而下执行控制的机制。她的实验室使用各种先进技术,包括光遗传学,电生理学,以及Inscopix公司的神经元超微成像技术。神经环路控制睡眠。使用光遗传学操作,光电极记录和细胞类型特异性钙成像,他们确定在快速眼动(REM)睡眠和非REM睡眠的产生中起关键作用的神经元类型。细胞类型之间的局部突触相互作用通过在脑切片中记录来测量,并且使用多种病毒工具来映射远距离连接。



文章摘要


       当人类缺少睡眠的时候,会引发各种各样的健康问题。短期的睡眠缺乏会导致焦虑和抑郁,而长期缺乏睡眠则会导致肥胖和其他疾病。长期以来,我们认为睡眠是一种被动的持续的无意识行为,这种共识一直持续到六十年前科学家才意识到之前的观点是完全错误的。

       睡眠是由非快速眼动睡眠(NREM)和快速眼动睡眠(REM)两部分组成,而两种睡眠的切换是由大脑内部的系统精确控制。当大脑中的对应部位受到损伤,人便不能够控制并在两种睡眠之间切换。所以科研人员们目前正集中精力试图攻克“控制睡眠”这个难题,进而帮助人们能够“按需睡眠”。

       快速眼动睡眠(REM)和非快动眼(NREM)睡眠由特定的神经环路控制。YangDan教授研究组发现在背侧下丘脑(DMH)中表达甘丙肽的GABA能神经元包含REM和NREM睡眠相反效应的单独亚群。他们使用美国Inscopix公司的神经元超微成像技揭示了DMH GABA能神经元的不同睡眠 - 唤醒活性,但表达甘丙肽的子集分为两组,在REM睡眠期间选择性激活(REM-on)或抑制(REM-off)。双向光遗传学操作显示POA投射神经元促进NREM睡眠并抑制REM睡眠,而RPA投射神经元具有相反的效果。因此,REM / NREM开关受到具有混合细胞体但独特的轴突投影的DMH神经元神经元的调节。


       Dan Yang教授相信,在不久的将来,通过对睡眠环境的控制,我们可以最终达到“按需睡眠”的状态。



文章摘图



(a)Inscopix公司的神经元超微成像系统示意图

(b)GAL-Cre小鼠颅内视场

(c)成像期间记录的EEG功率谱图,EMG轨迹,脑状态(彩色编码)和钙轨迹。

(d)REM-NREM活性差异与唤醒NREM活性差异。


参考文献:

A Hypothalamic Switch for REMand Non-REM Sleep,2018 Neuron


拓展了解





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Inscopix nVista已发表论文(部分)

Identification of a motor-to-auditory pathway important for vocal learning

Todd F Roberts, Erin Hisey, Masashi Tanaka, Matthew G Kearney, Gaurav Chattree, Cindy F Yang, Nirao M Shah & Richard Mooney;Nature Neuroscience 20, 978–986 (2017)


In vivo imaging of neural activity

Weijian Yang& Rafael Yuste;Nature Methods 14,349–359(2017)


Delay activity of specific prefrontal interneuron subtypes modulates memory-guided behavior

Tsukasa Kamigaki & Yang Dan;Nature Neuroscience 20, 854–863 (2017)


Active dentate granule cells encode experience to promote the addition of adult-born hippocampal neurons

Gregory W. Kirschen, Jia Shen, Mu Tian, Bryce Schroeder, Jia Wang, Guoming Man, Song Wu and Shaoyu Ge;Journal of Neuroscience 3 April 2017, 3417-16


Engrams and circuits crucial for systems consolidation of a memory

Takashi Kitamura, Sachie K. Ogawa, Dheeraj S. Roy, Teruhiro Okuyama, Mark D. Morrissey, Lillian M. Smith, Roger L. Redondo, Susumu Tonegawa;Science  07 Apr 2017


Neural ensemble dynamics underlying a long-term associative memory

Benjamin F. Grewe ,Jan Gründemann ,Lacey J. Kitch ,Jerome A. Lecoq, Jones G. Parker,Jesse D. Marshall ,Margaret C. Larkin ,Pablo E. Jercog ,Francois Grenier ,Jin Zhong Li,Andreas Lüthi ,Mark J. Schnitzer;Nature 543, 670–675 (30 March 2017)


(论文持续发表中,全球的科学家通过使用Inscopix nVista已发表了几十篇论文!)


格罗贝尔生物科技公司依托强大的学术资源和第一手的国际科研信息,致力于引进国外先进的科学仪器设备,服务于中国科研用户。目前公司经营的产品涉及:神经元超微成像,电生理,眼动追踪,动物行为学设备等,产品出自世界各地著名的生物仪器制造商,其中,由我们代理的国外知名厂家包括:美国Inscopix, 美国NeuroNexus Technologies, 加拿大VPixx Technologies, 美国Stoelting - ANY-maze, 美国TDT,以色列Optical Imaging,加拿大Rogue Research,英国Scientifica,美国 ISCAN, 以色列NAN INSTRUMENTS等。



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