睡眠是動物的一個普遍特征：每個神經(jīng)系統(tǒng)似乎都需要定期地進(jìn)入放松狀態(tài)，在此期間大腦活動發(fā)生顯著改變。在我們?nèi)粘Ｉ钪?，睡眠至關(guān)重要，但是科學(xué)家們?nèi)匀徊磺宄叩降资窃趺椿厥隆?/p>

　　IMP的神經(jīng)生物學(xué)家ManuelZimmer領(lǐng)導(dǎo)了一個研究團(tuán)隊，他們利用秀麗隱桿線蟲詳細(xì)地研究了大腦在清醒和睡眠之間轉(zhuǎn)換的方式。研究結(jié)果表明，對于疲倦的動物來說，睡眠是大腦的一種基礎(chǔ)狀態(tài)，如果外界環(huán)境中沒有強(qiáng)烈的刺激，睡眠狀態(tài)就會自發(fā)地建立起來。

　　ManuelZimmer將這種狀態(tài)比喻為在山谷中沉寂的石頭，如果想把石頭抬到山上需要一些努力，但如果不管它的話它就會自己回到山谷。這與喚醒沉睡的秀麗隱桿線蟲相同，使它們的大腦清醒之后，如果它們?nèi)匀黄谇也皇苡绊懀蜎]會再次回到睡眠狀態(tài)?？茖W(xué)家們使用術(shù)語“吸引子（attractor）”來描述這個過程。Zimmer說：“我們認(rèn)為這種吸引子機(jī)制是一種有效的方式，像睡眠和清醒整個過程能夠以這種方式在大腦中進(jìn)行。”

　　用于睡眠研究的蠕蟲模型

　　秀麗隱桿線蟲被用于睡眠研究的原因是，它的神經(jīng)系統(tǒng)只含有302個神經(jīng)元。它們很小，但是可以利用先進(jìn)的顯微鏡技術(shù)觀察到所有神經(jīng)細(xì)胞的活動，達(dá)到單個細(xì)胞的精度。當(dāng)我們監(jiān)測大腦在睡眠和清醒之間轉(zhuǎn)換的重新配置時，這是我們獲得新發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵。

　　科學(xué)家們面臨的另一個挑戰(zhàn)是對蠕蟲在進(jìn)入睡眠和醒來時進(jìn)行控制。博士生AnnikaNichols和Tomá?Eichler建立了一個有趣的實驗系統(tǒng)，利用氧濃度變化作為開關(guān)。在秀麗隱桿線蟲的自然棲息環(huán)境中，富含各種微生物的土壤使氧含量很低。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果秀麗隱桿線蟲疲勞的話，在這種環(huán)境中它們會感覺到舒適并且會進(jìn)入睡眠。Nichols和Eichler發(fā)現(xiàn)，富含氧氣的新鮮空氣會使睡眠的動物清醒，使它們快速醒來。Nichols說：“在我們的實驗中，這是一種使蠕蟲在睡眠和清醒狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的有效方法。”

　　衡量疲勞程度的神經(jīng)指標(biāo)

　　Nichols在使蠕蟲在睡眠和清醒狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的同時記錄了大腦中所有神經(jīng)元的活動。她發(fā)現(xiàn)，在睡眠期間，大部分在清醒時非?；钴S的神經(jīng)細(xì)胞都會安靜下來。然而，一些特定類型的神經(jīng)細(xì)胞仍然保持警覺狀態(tài)。其中一種神經(jīng)細(xì)胞被稱為RIS，過去的研究表明，它能夠分泌一種睡眠物質(zhì)促進(jìn)睡眠。Nichols發(fā)現(xiàn)，清醒的動物在容易進(jìn)入睡眠的狀態(tài)時，RIS的活動就已經(jīng)提升了，也就是說RIS可以作為衡量大腦疲勞程度的指標(biāo)。

　　睡眠是大腦默認(rèn)的吸引子狀態(tài)

　　在監(jiān)測進(jìn)入睡眠的大腦活動時，Nichols收獲了一項有趣的發(fā)現(xiàn)：她的計算機(jī)分析表明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活動自發(fā)進(jìn)入了一種安靜平穩(wěn)的狀態(tài)。最初，研究人員認(rèn)為是RIS細(xì)胞強(qiáng)制神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，就像樂隊的指揮讓樂隊停止一樣。然而，數(shù)據(jù)分析表明，RIS的作用似乎更像一個調(diào)停者，它負(fù)責(zé)平息大腦中所有相關(guān)方的爭論，之后所有參與者采取一致性行動。這種方法的好處在于，清醒和睡眠之間的劇烈變化可以相當(dāng)精確地利用大腦中的一些“調(diào)節(jié)旋鈕”來觸發(fā)。

　　盡管線蟲和人類的大腦存在很多差異，但是這些研究結(jié)果也為研究大腦組織的基本問題提供了非常有前途的模型。