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发表在《当代生物学》（Current Biology）杂志上的一项新研究表明，星形胶质细胞在调节睡眠睡眠方面可能与神经元一样重要。
在美国华盛顿州立大学（Washington State University）埃尔森·弗洛伊德医学院（Elson S. Floyd College of Medicine）的研究人员的带领下，这项研究为最终揭开我们为何睡眠以及睡眠的大脑过程的谜题指出了新的方向。针对睡眠障碍、神经疾病以及其他与睡眠问题相关的疾病，如PTSD（创伤后应激障碍）、抑郁症、阿尔茨海默症和自闭症谱系障碍，这项发现也可能为未来的潜在治疗策略奠定基础。
该研究的第一作者、博士后研究助理Ashley Ingiosi说：“我们对睡眠的了解很大程度上取决于神经元。”她解释说，神经元通过可以通过电信号进行交流，而这些电信号很容易被脑电图（EEG）捕获到。而星形胶质细胞是一种与神经元相互作用的神经胶质细胞，它不使用电信号，而是使用一种称为钙信号的过程来控制其活动。
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一项新研究表明，星形胶质细胞（呈星形的脑细胞）在调节睡眠睡眠方面可能与神经元（大脑的神经细胞）一样重要。尽管有一些研究暗示星形胶质细胞可能在睡眠中发挥作用，但直到最近才有可靠的科学工具来研究其钙离子活性，Ingiosi说。
为了更深入地研究星形胶质细胞在睡眠中的作用，她和共同作者们使用了啮齿动物模型，来记录星形胶质细胞在整个睡眠和清醒过程以及睡眠剥夺后的钙活性。他们使用了一种荧光钙指示剂，能够通过微型头戴式显微镜成像，可以在小鼠四处活动并表现出正常行为时，直接观察它们的大脑。该指示剂使研究小组能够观察在小鼠的睡眠和清醒状态下，钙驱动的荧光活动如何在星形胶质细胞中闪烁。得益于这种独特的使用微型显微镜的方法，研究小组才能首次在自由行动的动物身上研究睡眠中星形胶质细胞的钙活性。
研究团队着手回答两个主要问题：星形胶质细胞是否像神经元一样，在睡眠和清醒状态之间发生动态变化？星形胶质细胞是否在调节睡眠需求、即我们的自然睡眠驱动力方面中发挥作用？
大脑额叶皮层与睡眠需要相关的可测量的脑电图变化有关，通过观察这一区域的星形胶质细胞，他们发现它的活性在整个睡眠—觉醒周期中动态变化，神经元也是如此。他们还观察到，在休息阶段开始时钙活动最多，也就是睡眠需求最大的阶段；而在测试阶段结束时钙活动最少，也就是睡眠需求消失的时候。
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接下来，他们让小鼠在正常休息阶段的前6个小时保持清醒状态，并观察到钙的活动与睡眠中EEG慢波活动的变化同步，而EEG慢波活动是睡眠需求的关键指标。也就是说，他们发现睡眠剥夺会导致星形胶质细胞钙活动的增加，而在小鼠被允许睡眠后，这种活性会降低。
他们的下一个问题是，通过基因操纵改变星形胶质细胞的钙活性是否会影响睡眠调节。为了找出答案，他们研究了在星形胶质细胞中选择性缺乏STIM1蛋白的小鼠，这种蛋白会减少可用的钙的含量。在被剥夺睡眠后，这些小鼠的睡眠时间和困倦程度都不及正常小鼠，这进一步证实了早期发现，表明星形胶质细胞在调节睡眠需求中发挥重要作用。
最后，他们检验了以下假设，即星形胶质细胞钙活性仅反映神经元的电活动。此前的研究表明，在非快速眼动睡眠期间和睡眠剥夺后，神经元的电活动变得更加同步；但研究人员发现星形胶质细胞的情况正好相反，在非快速眼动睡眠和睡眠剥夺后，钙活动变得不那么同步。
“这向我们表明，星形胶质细胞并不是被动地跟随神经元的引导，”Ingiosi说：“而且，由于星形胶质细胞不一定表现出与神经元相同的活动模式，这实际上可能暗示星形胶质细胞在调节睡眠和睡眠需求方面具有更直接的作用。”
Ingiosi说，需要更多的研究来进一步阐明星形胶质细胞在睡眠和睡眠调节中的作用。她计划在已被证明对睡眠和清醒很重要的大脑其他部位研究星形胶质细胞的钙活动。此外，她还想研究星形胶质细胞与大脑中不同神经递质的相互作用，以开始梳理出星形胶质细胞驱动睡眠和睡眠需求的机制。
文章资深作者、生物医学教授Marcos Frank表示：“我们的研究结果表明，100多年来我们可能一直在错误的地方寻找。研究提供了强有力的证据，表明我们应该以星形胶质细胞为目标，以了解我们为何以及如何入睡，以及开发出新的治疗方法，以帮助患有睡眠紊乱和其他涉及异常睡眠的疾病的人。”
翻译：王嘉媛
审校：戚译引
引进来源：华盛顿州立大学
本文来自：中国数字科技馆
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