大腦的生物鐘或能持續(xù)監(jiān)測環(huán)境溫度的改變

大腦中的回路能夠扮演一種生物鐘來告訴我們何時(shí)睡覺，同時(shí)還會(huì)控制我們睡眠的時(shí)間；近日一項(xiàng)刊登在國際雜志Nature上的研究報(bào)告中，來自美國國立神經(jīng)病和卒中研究院（NINDS）的科學(xué)家們通過研究發(fā)現(xiàn)，這種生物鐘還能夠持續(xù)監(jiān)測機(jī)體內(nèi)部提問的改變，并且將這些信息整合成為控制睡眠的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

研究者Janet He表示，這項(xiàng)研究中，我們利用了強(qiáng)大的模型系統(tǒng)，即果蠅的生物鐘闡明了來自環(huán)境的溫度線索如何被用來控制睡眠的時(shí)間點(diǎn)和持續(xù)時(shí)間。生物鐘是幾乎每個(gè)有機(jī)體都擁有的一種機(jī)體生理學(xué)過程，其能夠幫助協(xié)調(diào)睡眠行為和環(huán)境的改變，如今研究人員已經(jīng)鑒別除了晝夜循環(huán)和睡眠開端之間的關(guān)聯(lián)，然而溫度的改變似乎也能夠影響人類的睡眠模式。

30多年前研究人員在果蠅機(jī)體中發(fā)現(xiàn)了生物鐘的存在，隨后研究者又在人類大腦中發(fā)現(xiàn)了相同的生物鐘，對(duì)生物鐘的研究就是很好的范例，其能夠幫助我們了解機(jī)體到底是如何發(fā)揮作用的；文章中，研究人員利用了特殊的熒光蛋白進(jìn)行研究，當(dāng)神經(jīng)元開啟功能時(shí)熒光蛋白就會(huì)從綠色變成紅色，隨后當(dāng)增加或降低果蠅周圍環(huán)境的溫度時(shí)，研究人員觀察了果蠅大腦不同部位的生物鐘活性，讓他們不可思議的是，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，果蠅大腦名為DN1p的生物鐘區(qū)域會(huì)增加自身的活性，而當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)該區(qū)域活性就會(huì)降低。

研究者Shafer表示，我們都知道，光能夠刺激生物鐘，而光和熱也會(huì)在同一時(shí)間增加；因此，我們完全出乎意料地發(fā)現(xiàn)，自身活性增加的一個(gè)生物鐘區(qū)域也會(huì)對(duì)溫度降低產(chǎn)生反應(yīng)。隨著時(shí)間延續(xù)，生物鐘會(huì)不斷“重置”來對(duì)晝夜循環(huán)產(chǎn)生反應(yīng)，而果蠅機(jī)體的生物鐘也會(huì)被重置成為光或溫度的新周期，因此，下一步研究人員還希望通過更多研究來確定是否DN1p

區(qū)域也會(huì)參與生物鐘對(duì)新型熱循環(huán)或冷循環(huán)的重置過程。由于DN1p神經(jīng)元被認(rèn)為能促進(jìn)睡眠，因此研究人員阻斷了該神經(jīng)元的活性或通過遺傳方式來消除他們的功能，這兩種方式均能夠影響果蠅產(chǎn)生應(yīng)對(duì)溫度改變的睡眠周期，這就強(qiáng)調(diào)了DN1p神經(jīng)元在控制睡眠行為上的重要性。

研究者表示，因?yàn)楣壣眢w是半透明的，其生物鐘神經(jīng)元就能直接對(duì)光產(chǎn)生反應(yīng)，隨后我們還想知道是否溫度能同樣的方式發(fā)揮作用或者還需要外部的器官才可以。在果蠅機(jī)體中，溫度會(huì)被大腦中的神經(jīng)元或機(jī)體感覺器官的神經(jīng)脈沖直接感知，為了對(duì)兩者進(jìn)行區(qū)分，研究者通過遺傳方式或物理學(xué)方式對(duì)感覺器官進(jìn)行操作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DN1p神經(jīng)元不再對(duì)溫度改變產(chǎn)生反應(yīng)了，這就意味著，生物鐘能夠解釋機(jī)體的溫度信號(hào)，而不是直接感知溫度改變。

最后研究者表示，大型動(dòng)物和人類機(jī)體的生物鐘也會(huì)對(duì)溫度改變變得敏感，正因?yàn)閾碛休^大的身體尺寸，所以人類常常需要外部感覺器官的輸入信號(hào)；實(shí)際上，盡管具有較小的尺寸，果蠅的生物鐘也同樣依賴于大腦外部的溫度感受器，本文研究或?yàn)楹笃谘芯咳藛T進(jìn)一步闡明人類機(jī)體睡眠的分子機(jī)制提供新的線索和希望。