睡眠需求是生物体在清醒期间逐渐累积的一种生理压力，它使保持清醒变得越来越困难。长时间清醒后，这种压力通常会导致更长、更深度的恢复性睡眠，但科学家一直难以解释神经系统如何追踪清醒时间并将其转化为不断升级的休息需求。近日，巴塞尔大学生物中心Alex Schier教授领导的研究团队，与Beth Israel Deaconess医学中心和奥本大学的科学家合作，在《自然》系列期刊上发表了突破性研究成果，识别出脑干中两组在睡眠压力累积过程中起核心作用的神经元群体。

研究团队在小鼠正常睡眠和清醒期、强制睡眠剥夺期以及恢复睡眠期进行了系统的脑活动图谱分析。分析结果突出显示了那些活动水平随动物清醒时间延长而变化的脑区。在其中关键脑区内，团队识别出两组重要的神经元群体：GABA能神经元和血清素能神经元。GABA和血清素是脑功能中具有广泛作用的化学信使，但这两组特定细胞似乎直接参与了睡眠压力的累积过程。

实验数据显示，这两组神经元在清醒持续期间活动逐渐增强，而在睡眠开始后活动减弱，表明这些神经元是对累积的生物需求做出反应，而非简单地标记动物处于清醒或睡眠状态。为确定这些神经元是仅仅追踪清醒状态还是真正引发睡眠，研究人员通过实验手段改变了它们的活动。激活这两组神经元使小鼠睡眠时间更长、睡眠深度更深，产生了与正常长时间清醒后恢复性睡眠相似的模式。

相反，抑制这些相同神经元则产生了完全相反的效果。小鼠睡眠时间大幅减少且保持高度警觉，证明这些细胞不仅仅是记录清醒时间，它们还主动帮助将长时间清醒转化为睡眠冲动。Schier教授表示：“这些神经元不仅仅发出动物已经清醒的信号。我们的实验表明，它们对促进睡眠至关重要，可能是产生睡眠驱动的神经回路的关键组成部分。”

最引人注目的结果出现在长时间抑制这两组神经元时：小鼠的睡眠时间比平时减少了约70%，但大多数小鼠并未表现出通常与睡眠剥夺相关的严重行为问题。这一出乎意料的反应表明，睡眠时长和睡眠需求可能比之前假设的更具可分离性。这些神经元不仅影响动物睡眠的时长，还影响睡眠压力累积的强度。

该研究第一作者William Joo博士指出：“未来研究可以揭示这些神经元如何与大脑其他部分相互作用，以及睡眠驱动如何在分子水平上产生。我们稳定转化睡眠行为的能力也使我们能够探索对长期睡眠丧失的适应——这可能最终揭示赋予对睡眠剥夺和其他生理挑战抵抗力的方法。”这项研究首次提供了直接证据，证明清醒期间活跃的神经元可以产生睡眠压力，将产生睡眠需求的大脑系统与仅检测或响应睡眠需求的系统区分开来。

理解大脑如何使睡眠变得不可避免，最终可能改善对睡眠障碍、慢性睡眠不足以及生物体适应生理压力方式的研究。这些发现为神经科学领域提供了重要的理论补充，也为未来开发针对睡眠相关疾病的治疗策略奠定了分子和细胞基础。