这些唤醒的起源是什么?来自以色列Bar-Ilan大学的科学家以及来自波士顿大学的同事发现,短暂的唤醒可能是由脑内唤醒促进神经元(WPN)的内在电噪声触发的。他们的研究发表在4月25日的科学进展杂志上,揭示了一种先前未被认识的神经生理学机制,将睡眠唤醒与温度调节联系起来,并且还可能提供温度与突发婴儿死亡综合征(SIDS)之间的重要新关联。
在睡眠期间,睡眠促进神经元抑制WPN。尽管如此,Bar-Ilan物理系的研究的主要合着者Hila Dvir博士推测,WPN仍然以噪声(“神经元噪声”)的形式保持低水平的活动。这种神经元噪声是由于神经元电压的电波动,即使没有任何输入信号也会出现。对于每个神经元而言,这种噪音非常低。然而,由于神经元彼此耦合,来自许多神经元的累积噪声偶尔会形成足够强的信号来激活WPN,引起短暂的唤醒。
神经元噪声受体温影响很大,所以如果温度很高,神经元噪音就会很低,反之亦然。Dvir和主要合着者,物理系Ronny Bartsch博士与Mina和Everard Goodman生命科学学院的Lior Appelbaum教授合作,测试神经元噪声的温度依赖性是否直接转化为不同的在斑马鱼中的兴奋行为。斑马鱼是这种实验的最佳种类,因为它们的体温可以通过水温轻松控制。研究人员分析了斑马鱼主要睡眠时间和确定的睡眠持续时间以及不同水温的唤醒次数。他们发现,实际上,水温的升高导致了更少和更短的唤醒。
这些实验结果与Dvir和Bartsch在实验之前开发的基于温度相关噪声的统计物理学模型的计算机模拟非常吻合。“由于模型预测和实验之间的这种极好的一致性,我们认为睡眠唤醒可归因于唤醒促进神经元的神经元噪声,”Bartsch说。
研究结果表明,温度,睡眠觉醒和突发婴儿猝死综合征(SIDS)之间可能存在新的联系,即一岁以下儿童突然发生不明原因的死亡。众所周知,室温升高,婴儿床铺位宽松以及俯卧位 - 所有导致体温升高的因素都会增加SIDS的风险。到目前为止,体温升高增加SIDS风险的原因尚不清楚,但神经元噪声和短暂唤醒可能是关键。由于幼儿体温调节尚未完全开发,其体温受环境/室温(类似于鱼)的影响很大。“我们认为,由于温度升高,神经元噪音水平和相关的唤醒概率较低,SIDS可能会发生,”Dvir说。
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