熬夜损伤大脑，神经元平均每小时丢失 2.2 个突触
来源：丁香学术
导读
众所周知，大多数人的一生中有 1/3 的时间是在睡眠中度过，因此睡眠可以说是人这一辈子最重要的事情。自古以来，人们都遵从着「日出而作，日落而息」的习惯进行休息和劳作。然而进入互联网时代以来，人们习惯熬夜，似乎是越到晚上越精神！
熬夜导致的睡眠不足和睡眠受限是当前社会一种很常见的现象。研究发现，睡眠不足可能会导致无法及时清除清醒时积累在中枢神经系统中的潜在神经毒性分子，从而诱发阿尔茨海默病等脑疾病。另外，也有研究表明，长期的睡眠受限会影响到认知状态、运动能力、情绪和社交功能。
2024 年 5 月 1 日，来自英国伦敦大学学院的研究团队在《Nature》正刊在线发表研究论文「Sleep pressure modulates single-neuron synapse number in zebrafish」。该研究发现睡眠与觉醒对斑马鱼神经元突触数具有调节作用，帮助大脑「重置」。研究认为，在清醒的时候，大脑需要控制和协调各种输入信号，并且给出行动指令，这意味着多种神经元之间会产生复杂的连接从而实现信息的传递。该研究为理解睡眠对神经元连接和功能的影响提供了新的见解。
图 1 相关研究（图源：Nature）
主要研究内容
1. 神经元突触在 24 小时内的变化
神经元突触数量在昼夜期间是如何变化的呢？为了更清楚地观察睡眠时的神经元活动，研究人员选取了透明的斑马鱼作为模型，通过基因工程选择性地标记了斑马鱼的突触，并在 24 小时周期中观察突触活动变化。研究发现，白天突触的数量会逐渐上升，而到了夜间突触数量又会减少，且回落到更低的水平。其中，2 型神经元突触平均在白天增加 15.3 个，夜间减少 17.7 个，而 4 型神经元的突触平均白天增加 8.5 个，夜间减少 8.2 个（图 2），这种变化会让神经元突触数量达到一个相对稳定且平衡的状态。
图 2 跨昼夜周期的单神经元突触跟踪揭示了不同的动态变化（图源：Nature）
2. 睡眠压力对神经元突触的影响
睡眠压力是如何影响神经元突触的呢？为了探究该科学问题，研究人员开发了一种温和处理的睡眠剥夺（sleep deprivation, SD）方案。研究人员通过该方案，使斑马鱼幼体在夜间开始时保持 4 小时清醒状态，然后再进入睡眠状态。研究发现，相较于非睡眠剥夺的幼体，睡眠剥夺幼体的睡眠时间明显更长。此外，研究也发现，在睡眠剥夺后的恢复期间，构造神经元以每小时 2.2 个突触的速度丧失（图 3b）。因此，研究人员也认为睡眠压力会促进神经元突触数量的减少。
图 3 神经元突触数量受睡眠和睡眠剥夺调节（图源：Nature）
研究总结与展望
先前由复旦大学程炜、冯建峰联合英国剑桥大学发表在Nature aging杂志的研究论文「The brain structure and genetic mechanisms underlying the nonlinear association between sleep duration, cognition and mental health」指出，最佳睡眠时间约为 7 小时。该研究通过近 50 万人的基因、影像、行为等多维度数据，发现睡眠时长认知功能、精神健康等多维度表型之间的非线性关系，该研究表明 7 小时是较为理想睡眠时间，睡眠过多或过少与较差的认知能力和心理健康有关。同时，该研究认为每天睡眠时间少于 4 小时或超过 10 小时都是有害的。
图 4 相关研究（图源：Nature aging）
该研究通讯作者冯建峰教授认为：人们应长期保持约 7 小时的规律性睡眠，对于那些从事需要轮班或出差的工作人员来说，这项建议对于保持心理、心理以及认知功能的健康可能特别重要。因此，控制 7 小时睡眠时间的干预措施可能有益于心理健康，并减少精神等相关疾病症状。
大家要在遵循昼夜节律的基础上，养成个人睡眠习惯，并保持每晚大约 7 个小时的规律睡眠。另外，熬夜也会影响神经元突触数量的平衡。总而言之，睡觉也是一场修行，维持睡眠稳态，才能有助于促进睡眠健康。另外，只有在自律的支撑下，也才能构建强健的体魄！
作者简介
程炜
博士，研究员，博士生导师。研究领域为发展生物医学大数据统计方法及其在神经精神疾病中的应用研究，旨在通过生物医学大数据与人工智能算法揭示疾病病理机制及预测疾病进展，实现临床早期诊断与精准治疗。以通讯或第一作者（含共同）身份在相关领域发表论文 40 余篇。研究成果被 Brain、Nature Mental Health 等期刊以专门评论文章正面评价，并成功应用于抑郁症的临床治疗。
冯建峰
上海数学中心首席科学家、复旦大学类脑智能科学与技术研究院院长，「复旦-科大智能」智能机器人联合实验室主任。长期致力于发展数学、统计与计算机的理论和方法，并原创性地将它们应用于解决神经科学和各类脑疾病中的具体问题。目前研究兴趣主要集中在对来自神经科学和脑疾病的不同尺度海量数据的分析、挖掘和理论研究上。
图片来源：图虫创意
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参考资料：
[1] Suppermpool A, Lyons DG, Broom E, et al. Sleep pressure modulates single-neuron synapse number in zebrafish. Nature. 2024 May 1.
[2] Li YZ, Sahakian BJ, Kang JJ, et al. The brain structure and genetic mechanisms underlying the nonlinear association between sleep duration, cognition and mental health. 2022 April 28.
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