深度睡眠的一个标志性特征——皮层神经元以0.5至4赫兹的频率同步开/关循环所产生的慢波活动——可能驱动了睡眠的部分恢复性功能。这一结论来自上月发表于《自然·神经科学》的一项新研究。

“我们提供了直接证据，表明这些开/关模式才是真正重要的，”研究负责人、威斯康星大学医学院精神病学教授Chiara Cirelli表示。二十多年前，Cirelli与丈夫、神经科学家Giulio Tononi提出了睡眠的突触稳态假说，认为深度睡眠期间慢波在皮层传播时，清醒时累积的兴奋性突触强度逐渐回归基线，这一过程有助于记忆巩固。计算模型和麻醉动物的研究支持这一观点，但一直缺乏来自非麻醉动物的证据。“麻醉和睡眠可能有一些共同特征，但总体而言它们绝对不是一回事，”Cirelli说。

她和同事利用光遗传学技术，在清醒小鼠的特定皮层区域诱导出类似睡眠的开/关放电模式。“我们的想法是在清醒小鼠中诱导这些模式，看看这是否足以获得睡眠的益处，”Cirelli解释道。结果正如预期：这些动物表现出对睡眠需求的减少；在随后的自然睡眠中，神经元同步性和突触强度均降低；并且记忆巩固能力得到改善。

“新颖之处在于，清醒期间的人工诱导足以减少对恢复性睡眠的需求，这是关键——它不仅仅是睡眠的特性，更是这种动力学的特性，”未参与该研究的麦吉尔大学蒙特利尔神经学研究所神经病学与神经外科学副教授Adrien Peyrache评论道。当这些动物入睡后，目标半球表现出的慢波活动明显少于非目标半球。换句话说，皮层网络表现得仿佛已经获得了一些睡眠。在突触层面同样如此：目标半球中，两个已确立的兴奋性突触强度分子标志物——含GluA1的AMPA受体及其磷酸化水平——下降到了自然睡眠时的正常水平。Peyrache认为，这些发现支持突触重新正常化是睡眠稳态的机制之一。

在行为学测试中，经过处理的睡眠剥夺小鼠在地板纹理识别任务中表现优于未处理的同伴。面对两种地板纹理（其中一种熟悉），野生型小鼠偏爱新奇纹理。睡眠剥夺的对照组小鼠表现较差，而经过基因改造处理的小鼠探索新奇地板的程度与休息良好的小鼠相当，表明人工诱导的睡眠样状态恢复了记忆巩固。

Cirelli表示，团队从2016年一项研究表明记忆巩固依赖于额叶和顶叶皮层慢波的研究中获得了灵感，因此他们针对相同的运动和体感皮层区域，并使用了相同的行为任务。未参与该研究的斯坦福大学精神病学与行为科学教授Luis de Lecea指出，尚不清楚该方法是否适用于其他皮层区域。Peyrache也认为，在一个皮层区域诱导开/关动力学能否影响整体睡眠需求或全脑恢复，仍是一个悬而未决的问题。

Cirelli的下一个目标是确定能否在人类中实现类似的操作。“我们已经有了通过经颅磁刺激非侵入性诱导慢波和开/关模式的方法，”她说。