洛桑大学的研究人员发现，大脑的“蓝斑”（Locus Coeruleus，简称LC）在睡眠及其紊乱中扮演着新的角色。这一脑区不仅促进NREM（非快速眼动）和REM（快速眼动）睡眠状态之间的转换，还维持对周围世界的无意识警觉。压力会破坏其功能，从而影响睡眠质量。
睡眠障碍影响越来越多的人，对其健康可能产生严重后果。哺乳动物的睡眠由两个状态的周期组成：非快速眼动（NREM）睡眠和快速眼动（REM）睡眠。然而，这些周期的规则仍不甚明了。
洛桑大学（UNIL）生物医学系基础神经科学系教授Anita Lüthi领导的一项研究表明，脑干的蓝斑（LC）首次被确认参与睡眠的组织。LC迄今为止被认为是在清醒状态下应对挑战的主要调节器，而不是睡眠。Lüthi教授及其团队在《自然神经科学》杂志上发表的研究表明，LC决定了两种睡眠状态之间转换的时机，表明该脑区对于正常睡眠状态循环至关重要。
此外，研究团队发现，白天的经历，尤其是压力，会扰乱LC在睡眠期间的活动，导致睡眠周期混乱和频繁醒来。这些发现为更好地理解睡眠障碍提供了重要见解，并可能导致改进的治疗方法。
重新定义睡眠结构
LC长期以来被认为是去甲肾上腺素生产中心，这种激素主要负责我们在面对环境挑战时调动大脑和身体的能力。LC在睡眠期间的活动变得波动，每隔约50秒交替出现高峰和低谷。这种活动的作用直到现在仍不清楚。通过实施先进技术，UNIL神经科学家能够专门针对小鼠这一脑区的神经通路进行研究。
“我们发现LC波动活动的高峰和低谷在睡眠组织中都发挥着关键作用。这是一个新的睡眠结构元素；它有点像一个时钟，”该研究的三位主要作者之一Georgios Foustoukos解释道。
他们的结果显示，睡眠由先前未知的结构单元组成，在这些单元中，两种功能依次协调。在LC活动的高峰期间，部分皮下脑进入更接近清醒的状态，通过去甲肾上腺素允许对环境和潜在危险保持无意识警觉。相反，在低谷期间，向REM睡眠的过渡成为可能。
一个安静的夜晚在非快速眼动（NREM）和快速眼动（REM）睡眠状态之间交替循环。UNIL的研究显示，一个称为“蓝斑”的脑区（绿色）在调节这些周期中起重要作用。左侧的绿色轨迹显示了小鼠在正常睡眠期间LC的波动活动。右侧的轨迹显示了同一只小鼠在白天经历了一段压力期后的睡眠情况。其睡眠周期被打乱，因LC神经活动的强烈波动而频繁醒来。图片来源：A. Lüthi, G. Foustoukos, L.M.J. Fernandez (UNIL)
修复性睡眠的两大关键功能
在正常情况下，人类的NREM睡眠包括四个不同的阶段，其中包含最深的睡眠阶段。REM睡眠则以高脑活动为特征，与梦境相关，占整个夜晚的四分之一左右。
一个典型的夜晚在NREM和REM状态之间以协调的方式交替，使身体和大脑得以休息和恢复。UNIL的神经科学家确定LC是这些转换的守门员，精确控制从NREM到REM睡眠的转换时机，尤其是在其活动较低的时刻。
相反，科学家们发现当LC活动升高时，更多的去甲肾上腺素释放到大脑中，使某些脑区更容易被唤醒，但不会真正唤醒机体。这种状态代表一种先前未知的唤醒类型，在睡眠期间对环境和身体产生警觉，便于紧急情况下的完全和迅速觉醒。“换句话说，大脑在皮下水平上处于半醒状态，而在皮层水平上处于睡眠状态，”Anita Lüthi说。
睡眠障碍的新希望
这项研究的另一个重要发现是观察到小鼠在清醒期间经历的压力可以增加LC活动，从而干扰睡眠，延迟REM睡眠的开始，并通过过多的醒来次数碎片化NREM睡眠。这涉及大脑的皮下和皮层部分。
对于Anita Lüthi来说，这些结果为治疗睡眠障碍开辟了新的临床应用途径。“我们的发现可以帮助更好地理解与心理健康障碍如焦虑或其他睡眠障碍相关的睡眠紊乱。”此外，它们提供了新的治疗方向，例如使用LC作为生物标志物来监测和潜在纠正睡眠周期。“我们工作的优势在于，我们将睡眠大脑的神经活动与医院已知的人类睡眠测量指标大大拉近了距离，”Lüthi说。
与洛桑大学医院（CHUV）的临床合作已经启动，以评估在小鼠中识别的机制是否可以应用于人类睡眠。
最后，该研究还为通过物种进化更好地理解睡眠提供了线索。与哺乳动物的两个明显不同的睡眠状态不同，一些原始物种如爬行动物没有如此明确的二元性。然而，几种爬行动物表现出两种类型的睡眠，交替周期约为50秒。这表明LC活动的前体已经存在，用于构建其古老的睡眠模式。
更多信息： Alejandro Osorio-Forero等人，《去甲肾上腺素蓝斑活动的低频波动是NREM-REM睡眠周期的守门员》，《自然神经科学》（2024）。DOI: 10.1038/s41593-024-01822-0
期刊信息： 《自然神经科学》
来源： 洛桑大学
引用： 新的睡眠时钟：研究显示脑干区域参与睡眠组织（2024年11月25日），2024年11月25日从
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