为什么我们在一天中的某些时候思维更加敏锐？波士顿儿童医院的乔纳森·利普顿（Jonathan Lipton）博士领导的一项研究阐明了昼夜节律（身体的自然昼夜周期）与称为突触的大脑连接之间的关系。这项工作首次对一天中警觉性、认知以及学习和记忆能力的自然波动提供了细胞和分子解释。

“一个多世纪以来，我们就知道一天中的时间会影响认知和记忆，但直到现在，其机制仍难以捉摸，”神经内科睡眠医师兼FM Kirby神经生物学中心研究员利普顿说。2015年，利普顿及其同事在《细胞》杂志上描述了一种名为BMAL1的“时钟”蛋白如何掌控细胞中蛋白质产生的时间。在由伊拉里亚·巴罗内（Ilaria Barone）博士领导并发表在《科学进展》（Science Advances）上的新研究中，他们表明BMAL1在一天中的特定时间出现在大脑突触中，调节突触对环境变化的反应能力，从而使大脑能够学习和编码记忆。

利普顿认为，大脑利用我们的自然昼夜节律来保存能量以备需要时使用。“认知过程对能量的要求很高，”他解释道。虽然这只是第一次尝试，但这项研究表明，在影响突触和具有昼夜节律成分的疾病（如阿尔茨海默病、双相情感障碍、帕金森病、结节性硬化症和脆性X综合征）中优化认知功能的可能性。

这些发现是六年艰苦工作的结晶，据利普顿介绍，还使用了十多种不同的实验室技术。研究人员重点研究了具有显著昼夜节律波动的海马体，发现一种微小的化学变化促使BMAL1与CaMKIIα相互作用，CaMKIIα是突触功能和记忆形成的关键组织者。他们能够阻止这种相互作用，而不影响其他核心时钟功能，例如睡眠/觉醒周期或新陈代谢的时间。除了海马体之外，利普顿及其同事还在皮层和小脑的突触中观察到BMAL1，因此他们的发现可以扩展到其他大脑功能。

“我们可以开始探索神经退行性疾病和神经发育疾病中突触门控是如何被破坏的，”利普顿说。“我们可以看看时钟蛋白的节律发生了什么，以及我们如何优化它。一件令人兴奋的事情是BMAL1和CaMKIIα的相互作用是一种生化事件，即磷酸化，有可能成为药物的靶标。我觉得这是许多其他工作的开始。”