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人為什麼需要睡眠?科學家發現為了保護細胞

人為什麼需要睡眠?科學家發現為了保護細胞

關於我們為什麼要睡覺,多年來,科學家提出了很多想法。

有些人認為這是一種節約能量的方法。其他人提出,睡眠為大腦提供了清除細胞廢物的機會。還有一些人認為,睡眠只是迫使動物靜靜地躺下來,讓它們可以躲過捕食者。

周四在《科學》(Science)期刊上發表的兩篇論文為另一個觀念提供了證據:我們睡覺是為了忘記每天所學到的一些東西。為了學習,我們必須增加大腦神經元之間的連接,或者叫突觸。這些連接使神經元能夠快速有效地在彼此之間發送信號。我們就是在這些網路之中存儲新的記憶。

2003年,威斯康星大學麥迪遜分校的生物學家朱利奧·托諾尼(Giulio Tononi)和基婭拉·奇雷利(Chiara Cirelli)提出,突觸在白天生長得非常激烈,令大腦電路變得「嘈雜」。當我們睡覺時,大腦得以減少連接,這樣真正的信號才可以超過雜訊。

在此之後的幾年裡,托諾尼博士和奇雷利博士與其他研究者發現了大量間接證據,支持這一所謂的突觸自穩態假說。

比如,事實證明,神經元可以修剪它們的突觸——至少是在實驗室里。在對神經元叢進行實驗室實驗時,科學家給它們一種藥物,刺激它們生長額外的突觸。之後,神經元削減了一些生長。

其他證據來自大腦釋放的電波。在深度睡眠期間,電波減慢。 托諾尼博士和奇雷利博士認為,這種變化是由突觸縮小帶來的。四年前,托諾尼博士和奇雷利博士得以通過觀察突觸本身來檢驗他們的理論。他們獲得了一種用於腦組織的切片機,用它從小鼠的大腦上得到超薄切片。

該實驗室的助理科學家路易莎·德·維沃(Luisa de Vivo)對這些從小鼠大腦取出的組織進行了精心研究,一些小鼠是醒著的,其他一些處於睡眠狀態。她和同事們確定了6920個突觸的大小和形狀。他們發現,睡眠小鼠腦中的突觸比清醒小鼠的突觸小18%。「整體而言,那個巨大的變化頗為驚人,」托諾尼博士說。

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