睡眠在人类活动中占有极其重要的地位——即使是一个晚上的睡眠不足也会影响我们的认知功能、反应能力和日常的整体表现。尽管睡眠在健康和生存中起着至关重要的作用，但对睡眠的科学理解仍然不完整。
Dragana Rogulja是一位神经生物学家，致力于揭开睡眠的基本生物学原理。
Rogulja自称是科学领域的后来者，她发现自己被她认为“在基本的人类层面上广泛有趣且易于理解”的问题所吸引。
其中一个问题是，我们睡觉时会发生什么?
对于哈佛医学院布拉瓦尼克研究所神经生物学副教授Rogulja来说，睡眠带来的一个有趣的方面是意识和意识的丧失，因为外部世界消失了，内心世界取而代之。
在与哈佛医学新闻的对话中，Rogulja深入研究了她的睡眠研究的细节，她用果蝇和老鼠来探索我们为什么需要睡眠，以及我们在睡眠中如何与世界脱节。
哈佛医学新闻:你在大学里学什么关于睡眠?
Rogulja:在过去的几年里，我的实验室一直在研究两个主要问题。第一个是为什么睡眠对生存是必要的。为什么如果你不睡觉，过不了多久你就会死去?另一个问题是，当你入睡时，你的大脑是如何与环境脱节的。
睡眠时如何阻止刺激到达你的大脑?提高感觉唤醒的阈值对睡眠至关重要，我们想了解大脑周围的屏障是如何建立的。睡眠是一个统一的状态，但它似乎有多个组成部分，通过不同的机制进行调节。我们想要了解这些机制。
HMNews:你的研究如何改变了你对a的看法布特的睡眠?
罗古利亚:很长一段时间以来，科学家们一直遵循这样的原则:睡眠是大脑的，是大脑的，也是大脑的。因此，研究主要集中在大脑上，以寻找睡眠对生存至关重要的原因。然而，我们现在意识到，虽然睡眠可能是为了大脑，但它不仅仅是为了大脑。睡眠是一种非常古老的行为，我们认为它起源于最早的动物。这些动物没有大脑;它们只有一个非常简单的神经系统。
然后，随着动物变得越来越复杂，这些与大脑有关的睡眠目的也在进化。然而，研究人员观察了睡眠不足的动物的大脑，试图找到它们死亡的原因，但他们什么也没找到。另一方面，临床数据表明，人类睡眠不足会导致体内各种疾病。对我们来说，这确实表明睡眠不仅仅与大脑有关。
我们的研究告诉我们，当涉及到睡眠时，我们需要停止将大脑与身体分开考虑。我仍然对神经科学家倾向于认为大脑比身体更优越，处于等级制度的顶端的程度感到震惊。为了解决神经科学中最大的谜团，我们需要采取一种更综合的方法，这就是我的实验室正在尝试为睡眠做的事情。
我们发现，我们真的需要考虑整个身体来理解睡眠。这是有道理的。当你入睡时，你的肌肉会放松，血液循环也会改变。当然，这是关于整个身体的。
HMNews:你用什么工具来研究睡眠?
罗古利亚:历史上，很多睡眠研究都是在人类身上进行的，但这些实验往往是有限的，而且是描述性的，因为你不能在人类身上进行实验。然而，在过去的25年里，科学家们开始意识到果蝇会睡觉;最近，我们发现在果蝇中调节睡眠的基因在老鼠中是保守的。
当我开始我的实验室时，我们只是用果蝇作为模型系统来研究睡眠，但我们已经能够建立一个老鼠模型。果蝇让我们可以快速测试很多假设，进行大规模的、无偏见的基因筛选，然后我们可以在老鼠身上测试我们在果蝇身上发现的东西，作为哺乳动物，老鼠和人类更相似。
HMNews:在你2020年发表在《细胞》杂志上的论文中，你解决了为什么睡眠是生存所必需的问题。答案是什么?
我们发现，睡眠较少的果蝇寿命较短:我们发现了一种相关性，果蝇睡眠不足的时间越多，它们死亡的速度就越快。有趣的是，睡眠剥夺的方式并不重要。重要的是失去的睡眠量。似乎存在一个拐点，即睡眠不足与死亡有关，这告诉我们，身体可能发生了一些特殊的事情，而不是普遍的疲劳。
为了进一步研究这一点，我们用细胞损伤标志物对睡眠剥夺的果蝇的不同器官进行了染色。我们发现，在肠道中，氧化分子有所增加，氧化的峰值与苍蝇开始死亡的拐点有关。我们在睡眠不足的老鼠身上证实了这一发现。但是，当我们给睡眠不足的果蝇抗氧化剂或开启肠道中产生抗氧化剂的基因时，我们发现果蝇可以在很少或不睡觉的情况下存活，这表明肠道是睡眠的一个非常重要的目标。
HMNews:有没有可能应用于人类?
我们的研究结果表明，如果我们能防止肠道氧化，我们就能抵消睡眠不足的影响。这一点很重要，因为许多疾病都与肠道功能障碍有关，而睡眠不足引起的许多疾病实际上可能是肠道损伤的结果。我们现在开始考虑如何诊断由于人类睡眠不足而导致的肠道氧化。我们想设计一种“可吞咽”的药丸或药片，你可以吞下它来报告你肠道的氧化状态，例如，改变你粪便的颜色。
我们也在寻找生物标志物:体内已经循环的分子，表明睡眠不足和肠道氧化。在我的实验室里，有医生正在对睡眠不足的老鼠进行分析，以寻找这样的生物标志物。我们已经有一些分子是很有希望的氧化标记物，并且似乎随着抗氧化治疗而减少。最终，有可能设计出一种口服补充剂，以逆转因睡眠不足而导致的肠道氧化。
HMNews:你刚刚在《细胞》杂志上发表了一篇新论文，探讨了大脑是如何跳动的从环境中汲取养分睡觉时打瞌睡。告诉我们更多。
在此之前，我们对此几乎一无所知。目前还不清楚大脑中是否有一个地方在睡眠时所有的感觉信息都被减弱，或者是否有多个这样的地方。例如，在睡眠中，触觉和温度的处理方式是一样的吗?Iris Titos，我实验室的博士后研究员，建立了一个系统，可以向果蝇传递轻微、中等或高水平的振动。
通常，当你使用低强度振动时，很少有苍蝇醒来，当你使用高强度振动时，几乎所有的苍蝇都有反应。然后，我们做了一个大规模的筛选，以确定控制苍蝇醒来难易程度的基因——让苍蝇超级容易醒来的基因，以及让苍蝇在地震中基本上睡着的基因。
HMNews:基因筛查显示了什么?
屏幕的结果非常有趣。我们发现了一个编码CCHa1分子的基因。当我们耗尽果蝇体内的CCHa1时，它们很容易醒来——所以在特定的振动水平下醒来的不是20%，而是90%。
然而，尽管CCHa1存在于神经系统和肠道中，但只有当我们在肠道中耗尽它时，苍蝇才更容易被唤醒。肠道中产生CCHa1的细胞被称为肠内分泌细胞，它们实际上与神经元有许多共同的特征，甚至可以与神经元连接和交流。这些细胞面向肠道内部，它们可以“品尝”肠道的内容物。
我们发现，饮食中蛋白质浓度越高，这些肠道细胞产生的CCHa1就越多。然后这个分子从肠道到达大脑，在那里它向一小群多巴胺能神经元发出信号，这些神经元也接收有关振动的信息。
这些神经元产生多巴胺，通常会促进觉醒，但在这种情况下，会抑制觉醒。振动会削弱多巴胺能神经元的活动，从而使果蝇更容易醒来。肠道产生的CCHa1基本上缓冲了多巴胺能神经元免受振动的影响，使果蝇在更大程度上忽略环境，睡得更深。
我们还发现，CCHa1通路虽然对机械感觉信息的门控至关重要，但对果蝇在暴露于高温时醒来的难易程度没有影响，这表明不同的感觉模式(如振动和温度)可以独立门控。最后，我们发现高蛋白饮食也改善了老鼠的睡眠质量，使它们更能抵抗机械干扰。我们现在正在测试小鼠体内是否也有类似的信号通路。
HMNews:这些发现告诉了你什么?
嗯，我们从其他研究中知道，当动物饥饿时，它们会抑制睡眠以觅食。相比之下，当他们吃饱了，尤其是当他们吃饱了蛋白质的时候，他们往往会睡得更多。现在，我们已经证明，当饮食中有更多的蛋白质时，动物也会睡得更深，反应也会更迟钝。这表明，如果动物不需要寻找食物，它们可以脱离环境，躲在某个地方睡觉，这可能更安全。更广泛地说，我们的研究表明饮食选择会影响睡眠质量。现在我们可以在人类身上探索这种联系，以了解如何通过控制饮食来改善睡眠。
HMNews:有没有什么关于睡眠，你认为人们经常误解?
罗古利亚:我认为人们应该意识到的一件事是，我们的感觉和我们身体里发生的事情不一定是一样的。在我们的研究中，我们发现可以将困倦的感觉与睡眠的需要分开——一些睡眠不足的动物不一定会感到困倦，我们可以判断出来，因为它们在剥夺睡眠停止后没有额外的睡眠来补充睡眠，但这些动物仍然死于睡眠不足。
这意味着，即使我们可以欺骗自己不觉得困，睡眠不足仍然会对我们的身体产生负面影响——例如，如果你服用了一种让你感到清醒的物质，你的肠道也会发生同样数量的氧化。
人们可能会说他们每晚只睡几个小时没关系，但他们的意思是他们可以熬过一天。他们的身体仍然会记录睡眠不足。我们真的不知道由于睡眠不足，我们的身体发生了什么变化，我们可能需要比我们想象的更多的睡眠。
参考文献:Iris Titos, Alen juginoviki, Alexandra Vaccaro, Keishi Nambara, Pavel Gorelik, Ofer Mazor和Dragana Rogulja, 2023年3月22日，Cell，“一种肠道分泌的肽抑制睡眠的唤醒性”。DOI: 10.1016 / j.cell.2023.02.022
参考文献:《睡眠不足可通过肠道活性氧积累导致死亡》，作者:Alexandra Vaccaro、Yosef Kaplan Dor、Keishi Nambara、Elizabeth A. Pollina、Cindy Lin、Michael E. Greenberg和Dragana Rogulja, 2020年6月4日，Cell。DOI: 10.1016 / j.cell.2020.04.049
2023 Cell论文的其他作者包括HMS的Alen juginoviki, Alexandra Vaccaro, Keishi Nambara, Pavel Gorelik和Ofer Mazor。
这项研究得到了纽约干细胞基金会、美国国立卫生研究院和皮尤生物医学科学学者项目的支持。
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