寻找让大脑入睡的细胞

# 发现让大脑入睡的细胞 来源：https://arstechechnica.com/science/2026/09/finding-the-cells-that-put-our-brain-to-sleep/ 具有广泛连接性的稀有细胞似乎能触发睡眠。 长期以来，睡眠研究一直将大脑皮层视为对深部脑信号做出被动反应的区域。"通常，睡眠被认为受皮层下区域控制，"纽约阿尔伯特·爱因斯坦医学院的神经科学家杰弗里·特拉尔表示。 深度睡眠的慢节奏波动可以在皮层被观察到，但研究者曾假设触发这些节奏的信号源自其他区域。在近期《自然》杂志的一项研究中，特拉尔与负责该实验室的蕾娜塔·巴蒂斯塔-布里托报告了一群挑战这一假设的皮层细胞。 这些皮层细胞仅占皮层抑制性神经元的约1%，而激活它们足以让小鼠进入睡眠状态。"我们的研究表明，皮层不仅能观察到这种节律，还能自主启动它，这本身就足以促进睡眠，"特拉尔解释道。 ## 那1%的细胞 这类细胞被命名为Sst-Chodl神经元，因其内部活跃着两个特定基因而得名。基于猴类研究，科学家早已知晓标记这两种基因活性的长程抑制性神经元存在，但一直未能找到操纵它们的方法。以其中任何一个基因为目标都会捕捉到大量异质性的神经元家族。"单个基因无法特异性地靶向这些细胞，"巴蒂斯塔-布里托指出。 抑制性神经元约占所有皮层神经元的五分之一，因此Sst-Chodl细胞仅占皮层神经元总数的千分之一左右。"如果特异性不够强，干扰细胞会远多于目标细胞，"巴蒂斯塔-布里托强调。 她和团队花了多年时间才构建出一种仅在双基因同时开启时才标记细胞的策略。 "研究这些细胞真是一个高风险项目，因为在皮层千分之一的神经元中发现现象的概率极低，"巴蒂斯塔-布里托坦言，"我为此申请的多项资助都因风险过高被拒。" 当她首次观察Sst-Chodl神经元的解剖结构时，证明了这次冒险值得。"起初，我只在整个大脑中看到两三个细胞体，"巴蒂斯塔-布里托告诉Ars，"但即便如此，其树状分支却大规模遍布整个视觉皮层，其规模是我从未在任何其他神经元上见过的。" 这种"大规模树状分支"将神经元连接到大脑其他部分，使其成为更广泛通信网络的一部分。这种现象尤为特殊，因为抑制性神经元几乎总是局部性的——它们接收来自大脑不同甚至远距离区域的输入，并控制自身周边的小区域。 "Sst-Chodl神经元恰好相反，"巴蒂斯塔-布里托解释，"它们接收非常精确的输入，然后将信息广播到各处。" 单个Sst-Chodl细胞会分支延伸至整个视觉皮层，并将轴突投射到负责触觉、听觉、空间记忆、导航和自主运动的大脑区域。 ## 静默时刻 为观察这些细胞的激活时机，团队在监测小鼠瞳孔大小、肌张力、面部运动、奔跑行为和皮层电活动的同时对它们进行了成像。在111个被成像的细胞中，有95个在慢波睡眠和安静的无意识清醒期活跃，在奔跑和快速眼动睡眠期则归于静默。 在慢波睡眠期间，皮层在神经元强烈放电的"上升状态"与近乎静默的"下降状态"之间交替；Sst-Chodl神经元打破了这一模式。"它们在上升状态结束时的活动甚至更高，"特拉尔指出，"当其他所有神经元开始减少活动时，这些神经元反而进一步增强放电。" 它们还跳过了其他细胞从下降状态恢复时出现的反弹效应。"这些细胞在转换期的行为与其他可测量的神经元完全不同，"特拉尔强调。 为深入理解其功能，团队运用光遗传学技术使Sst-Chodl神经元按需放电——通过植入光激活离子通道基因来刺激神经细胞。 ## 长程调控 对视觉皮层Sst-Chodl细胞进行光遗传刺激，使所有皮层层次的δ波功率（深度恢复性睡眠中最慢、振幅最高的脑波）增强。同时也使脉冲时序更精确，让下降状态出现更频繁、持续更久，但总体放电率几乎不变。 "这些神经元主要不是改变放电频率，"特拉尔解释，"它们改变的是协调性——神经元是否同步放电。" 通常，以特定频率刺激某群体会使网络以该频率同步。但这里不同。 "无论是施加平稳刺激，还是δ波、20赫兹或60赫兹刺激，都会诱发相同类型的振荡，"巴蒂斯塔-布里托指出，"这些细胞具有某种内在特性：一旦触发，就会固定在某一频率上。" 她强调目前尚不清楚其机制。 这些神经元的调控范围也异常广泛。"细胞体虽位于视觉皮层，却能调节我们记录的大多数神经元的活动，"特拉尔说明。 在距离2毫米处，三分之一的细胞中可检测到直接抑制电流；刺激视觉皮层甚至对前额运动区产生了可测量影响。 最终阶段，团队聚焦行为实验。他们验证了刺激Sst-Chodl神经元能否使小鼠入睡。答案是肯定的。 ## 睡眠开关 激活自由活动小鼠全皮层的这类细胞，增加了慢波睡眠和快速眼动睡眠时间，缩短了入睡时间，并驱使动物在白天返回巢穴。随后团队在夜间（夜行动物通常保持清醒的时段）重复了实验。 "我们能让它们在通常保持清醒的时间段内的睡眠量，甚至超过白天的正常睡眠量，"巴蒂斯塔-布里托表示，"这个实验本可能失败——我们只通过局部注射操纵了1%的抑制性神经元，实际只触达了部分细胞，却观察到了如此显著的效果。" 巴蒂斯塔-布里托认为，这一效应支持了这些神经元可能是皮层睡眠压力传感器的假说——该假说由SRI国际神经科学中心主任、该研究合著者托马斯·基尔达夫首次提出。 她解释说，睡眠分为两类：受昼夜节律调控的生物钟睡眠，以及随疲劳积累最终迫使入睡的稳态睡眠。基尔达夫的研究显示，在睡眠剥夺后，这些细胞是皮层中最活跃的。 但巴蒂斯塔-布里托和同事们仍未解答：是什么激活了这些细胞？ ## 开关的触发机制？ "我们研究的一个局限是在视觉皮层进行的，"巴蒂斯塔-布里托指出。 团队认为，关于Sst-Chodl神经元协调功能的发现应可推广至不同脑区，但具体神经连接可能有所不同。巴蒂斯塔-布里托实验室正在前额叶皮层重复解剖学研究。他们预测在那里会看到来自下丘脑、丘脑等区域的输入，这些输入可能就是专门触发睡眠网络的关键。 这类细胞从蝾螈到人类高度保守，因此论文指出它们可能成为研究众多精神疾病睡眠障碍的切入点。 团队目前聚焦三个未解问题：这些细胞如何被激活？它们是否真正感知睡眠压力？为何能驱动δ波功率？ 《自然》杂志，2026年。DOI:10.1038/s41586-026-10876-y (https://doi.org/10.1038/s41586-026-10876-y) 贾塞克·克里沃科肖像照片 (https://arstechnica.com/author/jacek_krywko/) 贾塞克·克里沃科是科学与技术自由撰稿人，报道领域涵盖太空探索、人工智能研究、计算机科学及各类工程技术奇迹。 16条评论 (https://arstechnica.com/science/2026/09/finding-the-cells-that-put-our-brain-to-sleep/#comments) 1. 热门文章首条配图：伊朗袭击亚马逊数据中心致客户数据永久丢失 (https://arstechnica.com/gadgets/2026/09/iran-strikes-on-amazon-data-centers-caused-permanent-loss-of-customer-data/)