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《Nature | 睡眠压力调节斑马鱼单神经元突触数量》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2024-05-03

  • 2024年5月1日，伦敦大学学院的研究人员在期刊Nature上发表了题为Sleep pressure modulates single-neuron synapse number in zebrafish的文章。

    睡眠几乎是一种普遍行为，其功能尚不清楚。突触平衡假说（synaptic homeostasis hypothesis）认为，需要睡眠来使清醒时突触数量和强度的增加恢复正常。一些针对大神经元群或小树突片段的研究发现了与突触平衡假说相一致的证据，但睡眠是仅仅作为一种允许状态发挥作用，还是在整个神经元范围内积极促进突触下调，目前尚不清楚。

    该研究通过反复成像斑马鱼幼体在睡眠-觉醒状态下单个神经元上的所有兴奋性突触，发现突触在觉醒期（自发或强迫）获得，而在睡眠期则以神经元亚型依赖的方式丢失。然而，在长时间觉醒后伴有高睡眠压力的睡眠期间，突触损失最大，而在不间断睡眠的后半夜，突触损失最小。相反，在低睡眠压力期间，药物诱导的睡眠不足以引发突触丢失，除非在抑制去甲肾上腺素能的同时提高腺苷水平。该研究的结论是，睡眠依赖性突触丢失在单个神经元水平上受睡眠压力的调节，而且并非所有睡眠期都同样能够实现突触平衡的功能。

  • 原文来源：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07367-3
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  • 《斑马鱼异常的神经元再生 来自拜罗伊特大学的生物学家反驳了毛氏细胞无法再生的观点》
    • 来源专题：生物安全网络监测与评估
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2020-07-14
    • 来自拜罗伊特大学的生物学家发现了斑马鱼中枢神经系统中受损神经元的一种独特的快速再生形式。他们研究了毛氏细胞，毛氏细胞是鱼逃跑行为的唯一原因，以前被认为是不能再生的。然而，它们再生的能力关键取决于受伤的位置。在其他动物的中枢神经系统中，这样全面的神经元再生毫无疑问还没有被证明。科学家们在《通讯生物学》杂志上报告了他们的发现。 毛特纳细胞是动物大脑中发现的最大的细胞。它们是大多数鱼类和两栖动物的中枢神经系统的一部分，当捕食者靠近时，它们会触发救生逃跑反应。只有当毛氏细胞的某一部分，即轴突完好无损时，才能保证毛氏细胞的信号传输到运动神经元。轴突是一种细长的结构，它与细胞体的两端的细胞核相邻。如果轴突损伤发生在靠近细胞体的地方，Mauthner细胞就会死亡。如果轴突的另一端受损，失去的功能要么根本无法恢复，要么只能缓慢而有限地恢复。然而，毛氏细胞对轴突中部的损伤反应迅速，完全再生。事实上，在受伤后的一个星期内，轴突和它的功能就完全恢复了，并且鱼能够再次逃脱接近的捕食者。 “到目前为止，在其他动物的中枢神经系统中从未观察到如此快速的神经元再生。在这里，再生过程通常持续几个星期或几个月，”Alexander Hecker博士说，他是这项新研究的第一作者，也是动物生理学部门的成员。这一发现明显推翻了科学界广泛接受的观点，即毛特纳细胞无法再生。 然而，观察到斑马鱼再生后如此快的逃逸反应完全完整，并不能证明毛氏细胞的功能再生能力。有可能斑马鱼体内的其他神经元能够诱导这种救命的逃跑行为，从而取代毛氏细胞失去的功能。然而，由斯蒂芬·舒斯特教授领导的Bayreuth生物学家们于2020年1月在《美国科学院院刊》上发表的研究结果恰恰排除了这种可能性。他们首次证明只有毛氏细胞控制着斑马鱼的逃跑行为。如果轴突被不可逆转地破坏，鱼体内就没有其他细胞能够弥补损失。 “毛特纳细胞现在为我们提供了一种可能性，来研究在同一神经系统内单个细胞受伤后的不同反应:一方面是再生过程的缺失或不足，另一方面是强大和完全的再生。”令人惊讶的是，轴突的损伤，导致了这种矛盾的反应，并没有相隔很远。阐明其原因是一个令人兴奋的研究领域，这也包括识别活跃于神经元再生的基因。如果我们找到毛氏细胞再生过程不能发生的原因，我们可能也能更好地理解阻止人类神经元再生的机制。”
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  • 《Science | 筑巢的帽带企鹅通过几秒钟的微睡眠积累了大量的睡眠》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：李康音
    • 发布时间：2023-12-03
    • 2023年11月30日，法国里昂神经科学研究中心P.-A. Libourel及韩国极地研究所W. Y. Lee共同通讯在Science 在线发表题为Nesting chinstrap penguins accrue large quantities of sleep through seconds-long microsleeps的研究论文，该研究发现筑巢的帽带企鹅通过几秒钟的微睡眠积累了大量的睡眠。 动物在清醒状态下适应环境的能力取决于睡眠，这种脱离环境的状态被认为对大脑具有恢复功能。随着清醒时间的增加，自稳态调节的入睡压力也会增加。在24/7社会中，睡眠不足很常见，会导致打盹，闭眼导致清醒状态中断几秒钟。与睡眠相关的脑电图(EEG)活动和与觉醒有关的大脑网络失活。这种微睡眠可能是不适应的，尤其是在驾驶机动车时打瞌睡。即使微睡眠不构成威胁，也不清楚它们是否足够长，足以提供睡眠的任何好处。如果微睡眠不仅仅是启动睡眠和完成睡眠功能的失败尝试，那么，在需要时刻保持警惕的生态环境下，依赖微睡眠可能是一种适应性策略。 环境意识的降低定义了睡眠，使动物容易被捕食。虽然动物们可以通过集体睡觉来降低这种风险，但对于那些在中心远离接近的捕食者的动物来说，好处是最大的。事实上，野鸭(Anas platyrhynchos)在被其他鸟类安全包围时，会从闭着双眼和两个大脑半球(双半球慢波睡眠(BSWS))的睡眠状态转变为单半球睡眠，睁着一只眼睛，对侧半球醒着，当暴露在群体的边缘时。由于在边缘睡觉是有风险的，而且会导致低质量的单半球慢波睡眠(USWS)，鸟类可能会竞争获得和捍卫群体中的中心位置，尤其是在筑巢时。然而，在企鹅等群体鸟类中，来自邻居的种内攻击和穿过群体的鸟类的干扰可能会对睡眠产生负面影响。考虑到来自外部的威胁和蜂群内的喧嚣，目前还不清楚在蜂群中心筑巢是否能带来更好的睡眠数量和质量。 该研究调查了南极帽带企鹅(Pygoscelis antarcticus)的睡眠情况，这些企鹅筑巢在一个暴露于掠食性鸟类棕色贼鸥(Stercorarius antarcticus)的种群中。在孵化期间，贼鸥主要在种群边界捕食企鹅蛋。因此，当企鹅的另一半外出觅食时，父母中的一方必须持续地保护蛋或小企鹅，它们面临着在保护后代的同时需要睡觉的挑战。此外，它们还必须有效地保护自己的巢穴不受企鹅的入侵。虽然研究人员没有直接测量微睡眠的恢复价值，但帽带企鹅在微睡眠中的巨大投入，其特征是潜在的代价高昂的短暂的视觉警惕性缺失(闭眼)，以及它们成功繁殖的能力，尽管以这种高度分散的方式睡眠，这表明微睡眠至少可以实现睡眠的一些恢复功能。每次慢波产生的短暂神经元沉默可能为神经元休息和恢复提供了窗口期，其益处可能与SWS发作的持续时间无关。因此，这可能会使动物灵活地将睡眠分为短睡眠或长睡眠，这取决于它们对警惕的生态需求。
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