研究人員發(fā)現(xiàn)，在白天神經(jīng)元中高鈉離子通道活性會(huì)開動(dòng)細(xì)胞，zui終喚醒動(dòng)物；在夜間高鉀離子通道活性會(huì)關(guān)閉細(xì)胞，使動(dòng)物入睡。更好地理解這一機(jī)制能夠有助于研發(fā)新藥物解決與睡眠-覺醒問題有關(guān)的生物鐘困擾。

十五年前，一只奇怪的突變果蠅吸引了西北大學(xué)生理節(jié)律專家Ravi Allada博士的注意力和好奇心，因此引導(dǎo)著神經(jīng)科學(xué)家在zui近發(fā)現(xiàn)了動(dòng)物的生物鐘是如何做到在早上醒來，在晚間睡眠的原因。
生物鐘機(jī)制被證明很像是一個(gè)光的開關(guān)。在對(duì)支配日常醒睡周期時(shí)間的大腦節(jié)律神經(jīng)元的研究中，Allada和他的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在白天神經(jīng)元中高鈉離子通道活性會(huì)開動(dòng)細(xì)胞，zui終喚醒動(dòng)物；在夜間高鉀離子通道活性會(huì)關(guān)閉細(xì)胞，使動(dòng)物入睡。在進(jìn)一步的調(diào)查中，研究人員驚奇地發(fā)現(xiàn)同樣的睡眠-覺醒開關(guān)也出現(xiàn)在果蠅和小鼠中。
“這表明這個(gè)關(guān)鍵性機(jī)制控制我們的睡醒周期是古老的，" 溫伯格文理學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)教授兼系主任，此項(xiàng)研究的作者Allada說到，“這種振蕩機(jī)制似乎在幾億年的進(jìn)化中保持守恒，而且如果存在于鼠中，很可能也存在于人類。"
更好地理解這一機(jī)制能夠有助于研發(fā)新藥物解決與睡眠-覺醒問題有關(guān)的生物鐘困擾，比如飛行時(shí)差和輪班工作。zui后也可能實(shí)現(xiàn)重置一個(gè)人的內(nèi)部時(shí)鐘，以適應(yīng)他或她的情況。
研究人員稱這是一個(gè)“自行車"機(jī)制：2個(gè)踏板，在1天24小時(shí)內(nèi)上下，向神經(jīng)元傳遞重要的時(shí)間信息。然而研究人員發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)踏板——鈉通道和鉀通道——既活躍在簡(jiǎn)單生物果蠅中也出現(xiàn)在復(fù)雜的生物老鼠中，這是出乎意料的。
這項(xiàng)研究的結(jié)果已發(fā)表在2015年8月13日的《細(xì)胞》雜志上。
“令人驚奇的發(fā)現(xiàn)是同樣的控制睡眠-覺醒機(jī)制在昆蟲和哺乳動(dòng)物中是一樣的，"該研究的主要作者M(jìn)atthieu Flourakis說，“老鼠在夜間活動(dòng)，而果蠅是在白天，但是它們的睡眠-覺醒周期是以同樣的方式控制。"
當(dāng)Flourakis加入Allada的團(tuán)隊(duì)時(shí)曾疑惑果蠅節(jié)律神經(jīng)元的活動(dòng)是否是隨著一天中的時(shí)間而變化的，zui后他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很強(qiáng)的規(guī)律性：神經(jīng)元在早晨釋放的多，而晚上非常小。
接下來，研究人員想要了解其中的原因，繼而他們發(fā)現(xiàn)了，當(dāng)鈉流高時(shí)，神經(jīng)元釋放的多，會(huì)喚醒動(dòng)物；當(dāng)鉀流高時(shí)，神經(jīng)元會(huì)安靜下來，導(dǎo)致動(dòng)物睡眠。鈉流和鉀流之間的平衡控制著動(dòng)物的周期節(jié)律。
之后Flourakis、Allada和他們的同事便想知道否這樣一個(gè)過程會(huì)存在于和人類相近的動(dòng)物身上。他們研究了老鼠大腦中控制晝夜節(jié)律的那塊小區(qū)域——視交叉上核，由20000個(gè)神經(jīng)元組成，發(fā)現(xiàn)了其中同樣的機(jī)制。
Allada 說：“我們這個(gè)研究的出發(fā)點(diǎn)是缺失鈉通道的突變果蠅，它行走困難且晝夜節(jié)律很差。雖然花了很長(zhǎng)時(shí)間，但我們能夠把基因組學(xué)、遺傳學(xué)、行為學(xué)和神經(jīng)元活動(dòng)的電測(cè)量所有都包含在了這篇論文中，一個(gè)關(guān)于兩個(gè)物種的研究。“
“現(xiàn)在當(dāng)然我們有更多的問題，是什么在調(diào)節(jié)睡眠-覺醒的途徑，因此我們還有更多的工作要做。"他說。