大脑为何需要睡眠？这些“闪烁”的星形细胞或许能帮我们找到答案

科学家们还没有确定我们需要睡眠的确切原因——他们只知道当我们不睡觉时我们的大脑会发生什么。但上周发表在《当代生物学》上的一项新研究调查了一种长期被忽视的独特星形细胞，可能会揭示一些答案：星形胶质细胞。

星形胶质细胞是一种神经胶质细胞（字面意思是“胶水”），为大脑中的神经元提供物理支持，直到最近，这才被认为是它们的主要功能。在华盛顿州立大学的这项新研究中，研究人员使用微型显微镜追踪小鼠大脑中一种名为钙信号传导的过程。在小鼠和人类的大脑中，星形胶质细胞都会相互发送钙粒子以进行交流并为神经元活动提供必要的支持。在小鼠中，研究小组发现星形胶质细胞之间的钙信号传导模式会根据小鼠是清醒还是睡眠而改变。这一发现本身并不十分令人兴奋，因为它可能意味着星形胶质细胞只是反映了它们所支持的神经元的行为。

然而，神经元在清醒时表现出更强的活动模式，有意帮助我们做出反应和思考。但研究发现，星形胶质细胞的行为方式相反——钙信号模式在非快速眼动睡眠期间变得更加明确。研究小组表示，这是一个奇怪的发现。

“由于星形胶质细胞不仅仅反映神经活动，这表明星形胶质细胞在调节睡眠方面可能发挥着比我们之前认为的更直接的作用，”华盛顿州立大学神经科学家、这项研究的主要作者阿什利·因吉奥西博士说。

科学家们早就能够通过脑电图 (EEG) 研究大脑中的神经元活动，这种技术可以测量大脑神经元之间传递的电信号。然而，星形胶质细胞无法发送电信号，因此这种方法对它们不起作用。到目前为止，研究人员还没有追踪大脑中钙信号的工具。在这项研究中，该团队使用了超灵敏的工具——双光子显微镜，使他们能够以超高细节看到大脑中钙的运动，就像闪烁的光一样。

这项技术进步或许也有助于我们了解我们为什么需要睡眠——这是科学家们几千年来一直在努力解答的问题。大多数睡眠研究都集中在神经元活动上，因为神经元驱动着大部分大脑活动，而且通过脑电图可以测量这些活动。但也许我们一直在研究错误的细胞。

“通过这项研究，我们现在获得了一种完全不同的细胞类型，它不是神经元，也在睡眠-觉醒状态下发生动态变化，并在我们的睡眠调节中发挥作用，”因吉奥西说。

Ingiosi 表示，这些新发现可能为睡眠研究人员提供一个切入点，帮助他们解决由多种疾病引起的睡眠习惯紊乱问题，包括自闭症谱系障碍、创伤后应激障碍和阿尔茨海默病。这项研究的作者还不知道是否有可能在大脑中创造理想的钙环境以促进睡眠，或者控制人们需要多少睡眠，但这些问题让睡眠研究人员着迷。

尽管仍有许多问题尚未解答，但星形胶质细胞在睡眠调节中发挥作用的可能性是一个令人兴奋的发现，为睡眠研究的全新时代奠定了基础。

“所以也许我们之前的研究方向错了，”因吉奥西说。“也许我们找到了一条新途径，可以解释我们为什么会睡觉。”