两个斑马鱼的大脑，血清素分子用红色表示。右边的大脑来自一条不能在中缝核合成血清素的鱼，这导致了大脑中神经化学物质的减少。这种动物的睡眠时间只有正常斑马鱼的一半。
血清素（5-羟色胺）存在于整个大脑中，并且在记忆、认知和情绪等方面发挥着众多作用。有趣的是，科学家们长期以来一直在争论血清素在睡眠中的作用：它究竟是促进睡眠，还是促进清醒？现在这一问题终于有了回答，美国加州理工大学的科学家在对斑马鱼和小鼠模型的研究中发现：血清素是睡眠所必需的。相关论文发表在6月24日的《神经元》杂志上。
先前关于血清素对睡眠作用的研究结果一直相互矛盾。一些研究表明，血清素促进睡眠，但也有研究表明，产生血清素的神经元在生物清醒的时候最活跃，并且会释放血清素。为了解决这一争论，加州理工学院的研究小组把重点放在了中缝核上（进化上非常古老的结构，存在于从鱼到人的各种有机体的脑干中，负责制造血清素并将其运送到其他大脑区域），这个区域有大量的可以产生血清素的神经元群。在Prober实验室的博士后学者Grigorios Oikonomou的带领下，该团队选择了跟人类一样在白天活动的斑马鱼作为实验动物。
研究中，他们首先使斑马鱼发生基因突变，让它们的中缝核不再产生血清素。在另一个实验中，研究人员则完全移除了中缝核。结果发现，这两组鱼的睡眠均少于平时，其中突变的斑马鱼的睡眠量大约是正常鱼的一半。
“这表明中缝核产生的血清素是鱼类获得正常睡眠所必需的。”Oikonomou说。在第三组实验中，研究人员采用了一种中缝核可以被光激活的转基因斑马鱼。结果把灯照在这些鱼身上，它们就可入睡，这意味着激活中缝核可以诱导睡眠。但是，这种效果需要血清素的参与，因为那些不合成血清素的鱼，即使用光照它们的中缝核，其睡眠也不会受到影响。
来自Prober实验室的科研团队随后与传统医学研究所Gradinaru实验室的学者进行合作，继续对小鼠进行血清素研究。在研究生 Michael Altermatt的带领下，该研究小组检测了小鼠中缝核的血清素能神经元，并证实当小鼠清醒的时候，这些神经元大部分是活跃的，这与先前的研究结果一致。
Gradinaru实验室的研究人员通过基因敲除技术清除小鼠中缝核产生血清素的神经元后发现，这些小鼠的睡眠时间比平常要少。虽然用光刺激这些神经元也能使小鼠入睡，但只有给与的光与这些神经元在小鼠清醒时的自发活动模式的频率一致时，才可以让其入睡。
“这里有一个明显的悖论：刺激这些神经元会导致动物睡眠，而这些神经元却在白天活跃。”Altermatt说。
Oikonomou解释说：“控制睡眠有两个主要因素。一个是生物钟——当白天很亮的时候，身体是清醒的，当天黑的时候，身体知道要去睡觉。另一个因素被称为稳态睡眠压力。当你早上醒来，你刚刚得到休息，所以你很有活力。随着时间的推移，你会感到疲倦和困倦，这种压力会催促你入睡。如果你晚上不睡觉，你的睡眠压力会更大，第二天你会更累，但你的生物钟依然会指示你应该保持清醒，因为外面是白天。”
“理论上说，为了睡觉，你需要有很高的睡眠压力，而生物钟也需要与昼夜时间一致，也就是日行性动物需要晚上睡觉，而夜行性动物在白天睡觉。”
研究人员推测，中缝核神经元的放电和血清素的释放是大脑建立睡眠压力的一种方式。事实上，他们发现，缺乏血清素的斑马鱼，以及患有中缝核消融症的小鼠，它们的睡眠压力都很低。
虽然这些研究是在动物模型中进行的，但它们与人脑中缝核血清素的产生是相似的。所以这项研究有助于解释一些常见抗抑郁药物的睡眠相关副作用，因为通常这些药物都可以提高大脑中血清素水平。
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编译：小贝
审稿：三水
责编：张梦
期刊来源：《神经元》
期刊编号：1097-4199
原文链接：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-06/ciot-std062019.php
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