睡眠2小時精神一整天? 夢中果蠅給出答案

果蠅的晝夜節律神經元APDN1是控制睡眠的閥門,郭方和他的導師羅斯巴殊在以前的研究中確認了這點。在2016年,約翰·霍普金斯大學的科學家們已鑒定出果蠅中調控睡眠穩態的神經元是橢球體EB-R2。

探究APDN1與橢球體EB-R2的關係,便是郭方研究的主線。

郭方團隊發現,果蠅的APDN1神經元有兩簇投射,分別投向果蠅大腦前側和後側。向後的一簇作用已被確認,而向前一簇往哪個腦區投射,生物學的功能又是什麼,還未可知。

郭方團隊利用最新發明的神經回路技術——跨突觸顯示技術,追蹤投射神經元的走向;再通過膨脹顯微鏡放大並透明化果蠅的大腦,發現這簇軸突往前投射到一個叫AOTU的腦區。鈣成像技術表明,它們支配著一群特殊的TuBu神經元,並通過其與更高腦區域的睡眠穩態中心——橢球體EB-R2偶聯。

找到屏蔽外界信息的「防火牆」

最終郭方團隊鑒定出果蠅的背側節律神經元APDN1往果蠅的睡眠穩態中心與橢球體EB-R2投射的神經回路。神經元APDN1作為一個「開關」調控著EB-R2,激活後的APDN1會在EB-R2中誘導出類似人類睡眠時的特定振蕩模式。

通過光遺傳學等行為學實驗,郭方還發現,果蠅EB-R2中產生的特定振蕩模式是一道「防火牆」,可以「屏蔽」外界信息的輸入,讓果蠅對外界刺激不敏感。「當通過人為方式打破‘防火牆’後,果蠅無法進入深睡狀態。」郭方說。

對這道睡眠「防火牆」的研究,還是一項起點性的工作。郭方告訴記者,目前尚待解決的科學問題是,「防火牆」如何導致外界信息無法傳入、這一神經回路傳遞信號的遞質是什麼、具體內部機制等,他們講進一步深入研究。

本報記者 江 耘 實習生 洪恒飛 通 訊 員 柯溢能