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睡覺會給你的神經元澆冷水

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睡覺會給你的神經元澆冷水
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文獻：TorradoPachecoA,BottorffJ,GaoY,TurrigianoGG.SleepPromotesDownwardFiringRateHomeostasis.Neuron.2021Feb;109(3):530-544.e6.
DOI：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.11.001
作者：圖圖|封面：Diamonster
【睡覺會給你的神經元澆冷水】長久以來 ， 我們能夠健康地生活在地球上依賴的是強大的自身穩態調節 ， 同樣 ， 我們的大腦也需要保持自己的穩定 ， 對遺失的部分縫縫補補 ， 而對過量的活動裁裁剪剪 ， 最終達到一定的平衡 ， 這也就是所謂的大腦穩態可塑性（Homeostaticplasticity） 。 正是這種穩態調節機制 ， 大腦內的神經元活性才能夠平衡地處于一個相對穩定的放電狀態-神經元放電穩態（firingratehomeostasis ， FRH） 。
早在2016年 ， 來自布蘭迪斯大學的GinaTurrigiano實驗室就討論了FRH與睡眠和清醒狀態的關系 ， 他們提出清醒的狀態會促進FRH ， 相反睡眠則會抑制它 。 然而一直以來 ， 我們討論的都只是上調的FRH（UpwardFRH） ， 那么是否也存在著下調的FRH（DownwardFRH）也以類似的方式被睡眠覺醒狀態控制著 ， 從而維持著大腦穩態呢？
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近日 ， GinaTurrigiano實驗室又發表了一篇文章 ， 闡述了睡眠可以促進下調FRH 。 首先 ， 他們利用單眼視覺剝奪（monoculardeprivation ， MD）加上五天后睜眼（eyereopening ， ER）的方式加強初級視皮層的神經活動 ， 并同時在可以自由活動的大鼠中進行慢性電生理監控神經元的活動 ， 他們發現ER后的24小時內 ， 神經元活動急劇上升 ， 但是接著就慢慢地恢復到MD之前的水平 。 那么這種現象屬于我們常見的“赫布可塑性”（Hebbianplasticity）嗎？它是否取決于N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartatereceptor ， NMDAR）的活動 ， 亦或是被與NMDAR無關的穩態可塑性調節機制所控制？
研究者們利用藥物NMDAR的拮抗劑CPP去抑制NMDAR的功能 ， 他們發現ER期間注射CPP會有效地限制之前看到的ER后短期內神經元活動急劇上升現象 。 相反如果在ER24h之后注射CPP ， 則并沒有對神經元的活動恢復造成任何影響 。 所以 ， 他們認為ER造成神經元放電速率的增強 ， 不僅僅源于增加的感覺輸入 ， 同時也受益于一個由NMDAR決定的可塑性調節過程 。 相反 ， 隨之而來的恢復階段下調FRH ， 則并不依賴于NMDAR的活動 ， 這與它可能被穩態可塑性調節機所驅控的猜想不謀而合 。 接著 ， 他們更進一步確認了下調FRH確實與穩態可塑調節的突觸縮水（synapticscalingdown）有關 。
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-Pachecoetal.,Neuron-
然而 ， 我們的大腦是在什么特定時期發生這種下調FRH呢？是否存在與我們熟知的上調FRH類似的機制？通過監測比較大鼠不同覺醒時段的神經元活性 ， 他們注意到下調FRH僅僅存在于睡眠期 ， 一旦剝奪穩態恢復期的睡眠 ， 大鼠的下調FRH調節就更為緩慢 。 所以睡眠對大腦維持穩態的神經元活動下調功能至關重要 。
總的來說 ， 大腦會在生物體清醒時上調神經元活性 ， 而在睡覺時下調活性 ， 在不同的時期寄予當下最需要的調節機制 ， 從而最大程度的維護大腦和機體的正常活動 。
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