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在夜行动物小鼠最清醒、精力最旺盛的深夜,研究人员往它们的大脑皮层打入一束光。原本

在夜行动物小鼠最清醒、精力最旺盛的深夜,研究人员往它们的大脑皮层打入一束光。

原本满场奔跑的小鼠迅速安静下来,乖乖钻回自己的窝里,很快沉沉睡去。

掌握这个催眠开关的,是一群极为罕见的神经细胞。它们在大脑皮层所有神经元中所占的比例,只有大约千分之一。

长期以来,睡眠领域的学者普遍把大脑皮层当作一个被动的信号接收器。人们在深睡时能测到缓慢起伏的脑电波,但学界过去一直认定,指挥这种慢节奏的源头埋在大脑深处的皮层下区域,皮层本身只负责听从调度。

2026年发表在《自然》(Nature)期刊上的一项研究,彻底打破了这一传统假设。来自美国阿尔伯特·爱因斯坦医学院(Albert Einstein College of Medicine)的研究团队证实,大脑皮层不仅能感知深睡节律,自身也完全有能力主动启动这套程序。

负责拉下睡眠电闸的细胞被称为Sst-Chodl神经元,名字来源于它们体内同时活跃的两个特定基因。

在神经科学界,寻找这群细胞的过程就像在干草堆里挑出一根特定的绣花针。大脑皮层中有大约五分之一是抑制性神经元,负责给大脑的兴奋踩刹车。而Sst-Chodl神经元只占这些抑制性细胞的1%左右。

以往的实验很难单独操控它们。如果只锁定两个基因中的任意一个,都会捞出大批各不相关的杂乱神经元。为了开发出只有在这两个基因同时开启时才发光的标记技术,实验室负责人雷娜塔·巴蒂斯塔-布里托(Renata Batista-Brito)带领团队攻关了数年。在这项高风险课题推进初期,因为目标细胞数量实在太少,很多同行觉得希望渺茫,她的多份经费申请都曾被直接驳回。

直到团队第一次在显微镜下看清它们的解剖全貌,所有人才意识到这个赌注押对了。

普通抑制性神经元通常是谨小慎微的“地方官”,往往只负责看管自己身边的一小片邻居。Sst-Chodl神经元却完全反了过来。

巴蒂斯塔-布里托在整个大脑里最初只找到了两三个细胞本体。然而,从这些稀疏胞体上蔓延出来的轴突和树突,却长成了遮天蔽日的树冠状网络。它们的根扎在视觉皮层,触角却一路延伸到掌管触觉、听觉、空间记忆、导航以及自主运动的各个脑区。

这根本不是就地调解的居委会,而是一座覆盖整个大脑皮层的超级广播站。

为了摸清它们的工作规律,第一作者杰弗里·泰拉尔(Geoffrey Terral)在追踪小鼠瞳孔大小、肌肉张力、面部动作和脑电活动的同时,记录了这群细胞的放电状态。数据非常清晰:当小鼠奔跑或进入做梦的快速眼动睡眠时,这些神经元基本保持沉默;一旦小鼠进入深睡或安静不动,它们就会被成群点亮。

在深度的慢波睡眠中,大脑皮层通常会在剧烈放电与近乎寂静的状态之间来回切换。Sst-Chodl神经元偏偏打破了这种惯例。当其他所有神经元都渐渐耗尽精力、准备归于沉寂时,这群细胞的放电频率反而冲上了顶峰。它们就像在全场安静的前一刻,重重踩下了最后一脚刹车。

随后,团队利用光遗传技术对它们进行了人工干预。

刺激视觉皮层里的Sst-Chodl神经元后,视觉皮层各层迅速被一种高振幅的慢节律脑电波接管,也就是深度恢复性睡眠中标志性的δ波。

这些细胞几乎没有改变皮层整体的放电总量,它们改变的是放电的协同性,迫使成千上万的神经元在同一时刻同频停顿。

还有一个团队至今无法解释的现象。通常,用什么频率去刺激一群神经元,整个网络就会跟着那个频率振荡。可Sst-Chodl神经元不吃这一套。不管是持续照光,还是每秒闪20次、60次,引出来的都是同一种慢振荡。这些细胞似乎自带一个固定的节拍,一旦启动就只按这个节拍走。

最终的行为实验甚至超出了研究团队的预期。哪怕只是在小鼠视觉皮层进行局部干预,受影响的细胞也只占极少数,但小鼠入睡所需的时间明显缩短,慢波睡眠的比例显著拉长。

巴蒂斯塔-布里托认为,这一效果指向研究合作者、美国SRI国际神经科学中心主任托马斯·基尔达夫(Thomas Kilduff)率先提出的一个猜想:这群神经元可能是大脑皮层内部感知“睡眠压力”的传感器。人类日常体验到的困意往往来自两种机制,一种是随昼夜光线变化的时钟节律,另一种则是大脑工作越久就堆积得越沉重的疲劳压力。基尔达夫此前的研究发现,在被剥夺睡眠之后,大脑皮层里活跃度最高的正是这群细胞。

从两栖类的蝾螈到灵长类和人类,这种神经元在漫长的演化史上被完整保留了下来。它们有可能成为理解精神疾病伴随睡眠障碍的一把新钥匙。

不过,整个拼图还缺了关键的一块。在这群深藏于皮层里的广播塔把整座大脑带入梦乡之前,究竟是谁最先向它们发出了点火指令,目前依然是个谜。

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图为黑色背景下的绿色荧光神经细胞,图源:JUAN GAERTNER/SCIENCE PHOTO LIBRARY

信源:Krywko, Jacek. "Finding the Cells That Put Our Brain to Sleep." Ars Technica, 18 Sept. 2026