睡眠誰主宰?

睡眠是一個極其規律的過程，當我們推遲了入睡時間，“某種物質”就開始在大腦內累積，形成所謂“睡眠壓力”。正是它誘迫我們投入睡神的懷抱，以補足錯過的休息時間。這種因睡眠剝奪而引起的生理反應，科學家們稱其“睡眠平衡”。不過，雖然他們了解其后果，但對其生理機制卻尚未摸透。

最主要的睡眠調節器

1856年，德國醫生魯道夫發現一些細胞，這些黏糊糊的細胞聚作一團，于是將它們統稱為“膠質細胞”，而這個詞的本義就是“膠水”。從那以后，人們普遍認為，膠質細胞只不過是一些原始的細胞，其作用僅限于在神經元(早于膠質細胞21年，即在1835年被發現)之間充當隔離，填滿它們在大腦中所留下的空隙，并為它們提供營養和消極的保護。

歷史的謬誤并未就此打住。自上世紀50年代以來，大腦活動的記錄技術便是以“電流”在神經元網絡中的傳播為基礎的。這導致神經學家們提出了這樣一個假設：如果星形膠質細胞之間也有聯絡，那也應該是以類似于神經元間聯絡的模式進行的。然而這種設想大錯特錯!因為星形膠質細胞之間基本上不發送電信號，而是通過化學方式進行交流的。

神經元并不是人類思維活動的唯一主宰。這一點已足以改寫所有的生物學教材了!最近的一項研究卻帶來了出人意料的發現：這一現象的本質并不像一些睡眠專家認為的那樣，要從神經元中去探尋，因為真正的主角是另一種一直被忽視的細胞——星形膠質細胞。形如其名的星形膠質細胞是神經膠質細胞大家族中的一員，單是它們一族就占去了大腦50％的容積。長久以來，神經膠質細胞一直被定義為不起眼的“黏合膠”，只是起著被動維護和滋養神經元的作用。直至最近，它們才成魚翻身，成為研究人員矚目的對象。現在，人們發現星形的質細胞可能具備解讀及傳遞信息的能力，并在大腦中形成了一個名副其實的通訊網絡，平行于神經元網絡而存在。

少睡一點的秘密

目前，世界各國紛紛建立實驗室，專門研究這類細胞尚不為人知的神奇功能，并陸續取得了一些成果。其中，賓夕法尼亞大學的研究小組得出的結論令人始料未及：星形膠質細胞才是睡眠最主要的調節器，而神經元不過是聽命行事罷了!

賓夕法尼亞研究小組起初想要弄清的是，如果星形膠質細胞的運行受到干擾會產生怎樣的結果，睡眠回路是否會因此而被改變。拿人腦做實驗顯然是不現實的，于是研究小組對小鼠進行了一番基因改造。難點在于僅僅干擾星形膠質細胞而不觸及神經元。研究小組巧妙地做到了這一點，在基因誘導小鼠身上，星形膠質細胞與神經元之間的聯絡膠質傳遞被阻斷。正常情況下，星形膠質細胞釋放的多種膠質遞質能作用于神經元表面的感受器，完成對神經元活動的調控。但在這些轉基因小鼠身上，這個進程被阻止了。

賓夕法尼亞研究小組研究了這些小鼠入睡直至睡醒的整個過程，以及它們睡眠時的大腦活動。結果表明，它們入睡完全沒有問題，而且也只比正常小鼠少睡一點點而已。果真就沒有任何特殊之處了嗎?非也!它們被剝奪睡眠后，完全不需要補償，也就不會睡得更沉。難道它們突然掌握了“少睡多醒”的秘方?這可是無數人夢寐以求的。

缺乏睡眠通常會對神經電活動產生影響，這可以通過腦電圖測出。頭部電極監測顯示，此種情況下，慢波睡眠期(起恢復作用的睡眠階段)的腦電波幅度大于一般情況，說明睡眠更為深沉。然而在轉基因小鼠身上，腦電信號強度竟然保持不變!它們仍舊處于正常的睡眠狀態。毫無疑問，當星形膠質細胞的運行受到干擾時，其睡眠調節作用便出現了異常。打個比方，就好像神經元再也收不到“電池電量低，強烈建議充電”的提示信息一樣!

那么，星形膠質細胞到底是如何指示神經元“現在該去睡覺”的呢?關于這一點，有一個比較可靠的假設：星形膠質細胞能夠用化學手段“催眠”神經元。由此推論，在轉基因小鼠身上，膠質傳遞的阻斷減少了特殊分子ATP(三磷酸腺苷)的釋放。正常情況下，被釋放到細胞間隙的ATP會轉變成腺苷，這是一種人們熟知的催眠物質。

利于大腦睡眠代謝

研究小組懷疑腺苷參與睡眠的啟動與維持已有大約30多年了。很早就猜測它們是瞌睡分子。要知道，阻止神經元活動是腺苷的專長。白天，大腦中腺苷的濃度逐漸升高，直至使神經元困倦，誘發睡眠。夜間，其濃度則逐步降低，導致最后覺醒。另一種認為，腺苷與睡眠壓力直接相關，其濃度越高，瞌睡感就越強烈。而我們用來對付困倦的咖啡因正好能抵償這一作用。它們“占領”腺苷感受器，阻止了腺苷的活動。這么一來，神經元得以繼續保持興奮，我們就不感到怎么困了。

不過，長期以來我們并不了解這些腺苷的來源。生物學家傾向于認為是神經元，因為我們知道神經元在活躍時釋放ATP。這一假設與神經元晝夜活動強度同ATP合成及腺苷濃度之間的對應關系也比較相符。

但是，研究小組的發現，恰恰撼動了這個流于簡單化的假設。這項研究首次揭示，調控睡眠的腺苷確實由星形膠質細胞產生，而不是神經元。神經元在整個過程中肯定起到一些作用，但較為次要。這回似乎終于輪到星形膠質細胞唱主角了。星形膠質細胞通過抑制其周圍神經元的活動調控睡眠律，所以在某種意義上，可以說是它們讓神經元入睡。

當然，還有很多要點有待澄清。星形膠質細胞為何會在一定時候釋放ATP?它們是否回應神經元發出的信號?如果是，那么是哪些信號?賓夕法尼亞研究小組的發現似乎開辟了一片嶄新的科研天地。而且科研新天地之外，還有一片治療新天地。或許可以開發出一類用于對付失眠及其他睡眠問題的新藥，專門針對星形膠質細胞。當前針對神經元的藥物所產生的那些副作用將得到規避。話雖如此，要針對大腦中某特殊細胞群體制造專門的藥物，這可是非常困難的一件事。

雖然問題當前，但這一研究方向還是十分被看好，因為指出星形膠質細胞在睡眠中起到關鍵作用的不止賓夕法尼亞研究小組。瑞士聯邦理工學院的研究小組則提出了另一套星形膠質細胞調控神經睡眠的機制。他們認為，星形膠質細胞不光釋放分子催眠劑腺苷，而且還會切斷神經元的能源補給!的確，我們早就知道神經元運作所需的能量要靠星形膠質細胞從血液中吸收葡萄糖提供。神經元之所以休息，星形膠質細胞停止能量供應是首要條件。覺醒狀態下，大腦中分泌的某些物質(包括腺苷)，會刺激星形膠質細胞中某一與葡萄糖儲藏有關的基因的表達，使其趨向于將能量貯存起來而非供應給神經元。能量減弱的神經元活躍度漸漸下降，直到睡眠降臨。科學家似乎終于找到了瞌睡的“調節器”。下回你在熬夜的第二天打哈欠時，就知道腦袋里是誰在搞小動作了。

未來新藥開發

美國哥倫比亞太學生理學實驗室研究小組發現，某些以前機制不明的疾病現在被確證在很大程度上受到了星形膠質細胞良性或惡性的影響……這便給人們帶來了巨大的希望。星形膠質細胞的新發現已經沸騰了整個醫學界。事實上，這些驚人的大腦星形細胞與神經元的命運是如此密切相關，對它們的研究，改變了醫學與阿爾茨海默病(老年癡呆)、癲癇及腦血管意外之間的力量對比。在不到兩年的時間內，人們進行了足以為未來醫學奠定基礎的三項研究。還有比這更美妙的事嗎?

研究工作很快地吸引了人們的注意。在研究報告發表后的數月中，世界最大的幾家制藥公司就與研究小組進行了聯系。其中，美國禮來公司迫不及待地與該研究團隊的所有成員簽訂了獨家合同。

在正常情況下，我們大腦中數十億個興奮性和抑制性神經元之間保持著平衡。這種平衡主要是靠星形膠質細胞之間的通訊維持的。然而，一旦這種平衡被打破，就會造成癲癇發作——也就是所有的神經元同時釋放出電流。怎么會發生這種情況呢?這是因為一種興奮性神經遞質谷氨酸大量涌入神經突觸，對神經元們形成了極度的刺激。而星形膠質細胞最近被發現的一項作用就是吸收和循環突觸中過量的神經遞質，包括谷氨酸。這一發現為病人們帶來了無限的希望。激動人心的藥物研究即將啟動。在這條戰線上，星形細胞閃爍著點點星光，照亮了前進的道路。