大脑是如何醒来的？清华团队破解大脑的觉醒机制

本文来自微信公众号：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

我们都听说过海豚可以左右脑轮流休息，以便能时刻警惕着鲨鱼。相对来说，现在的人类就比较幸运，不需要面对那么危险的环境，可以什么都不管，先睡一觉再说。那么，大脑是怎么醒过来的？为什么有人睡得深、有的人睡得浅？

文 | 闻静

一个重要的大脑节点

"眼睛一闭、一睁，一天过去了"，这是正在看手机的你每天要经历的事情。许多时候我们可以控制自己什么时候入睡，比如熬夜看球、追剧、嗨歌、等着看升旗仪式，或者不为个什么事，手机刷着刷着就很晚了。但是，我们好像很难控制自己什么时候醒过来。

如果没有进入深度睡眠，人们很容易被夜里刮风、打雷、下雨，或者旁边人起身上厕所的动静吵醒。而即使睡眠再好的人，别人真有事找他，使劲摇他晃他，他也会醒过来。还有，即使定了闹铃，我们也不一定就刚好在闹铃响的时候醒过来，要是提前醒了会觉得好可惜。

大脑是如何唤醒我们，让我们"开机"的？为什么有的动静容易惊醒睡着的人？为什么有些人容易被惊醒？近日，清华大学的科研团队在神经科学领域权威期刊 Neuron 上发文，宣告了大脑的丘脑中存在一个一般性觉醒神经网络和防御性觉醒神经网络共享的重要节点 -- 听觉丘脑的内侧部（the medial sector of the auditory thalamus, 简称 ATm）。

与多个大脑结构存在关联

几乎所有的哺乳动物大脑的中央都有一个结构 -- 丘脑。丘脑与大脑皮层、皮层下脑区联系密切，被认为是大脑中负责信息上传、下达的中枢脑区，在很多大脑功能中都发挥着重要的作用。

听觉丘脑中有一个负责初级听觉的结构 -- 内侧膝状体腹侧部（MGBv），以及一个负责初级听觉的结构 -- 内侧膝状体背侧部（MGBd）。而 ATm 是听觉丘脑的多模态联合区，负责整合多模态的听觉信息（语音、声音、音乐等）。

在过去的研究中，科学家发现 ATm 除了可以接收多模态的信息，还可以与大脑多个脑区（包括负责觉醒、情绪、决策等内在感受的大脑结构，如下丘脑、杏仁核，以及皮层枢纽之一的颞叶联合皮层区 TeA）联动。

因此，科学家推测 ATm 很可能是生物调节内在感受的一个重要节点。在新研究中，科学家就主要研究了听觉丘脑中的 ATm 和 MGBv。

科学家对分别处于清醒、慢波睡眠（又称正相睡眠或非快眼动睡眠）和快速眼动睡眠期时的小鼠进行了观察，记录了它们 ATm 和 MGBv 中神经细胞群体的活动。结果显示，只有 ATm 中的神经细胞活动与皮层激活是显著相关的，并且其活动水平的升高总是稍微早于睡眠-清醒转换的时间点。

科学家还发现，ATm 与多个负责内在感受的大脑结构之间的联系，都在觉醒机制中都发挥了作用。

平衡觉醒与过度睡眠

在确定了 ATm 在唤醒机制中发挥作用之后，科学家又利用声音、光等对睡眠中的小鼠进行刺激，并测定了它们觉醒的概率。结果显示，ATm 和 MGBv 中神经细胞群体都会因为这些刺激而变得活跃，但是只有 ATm 中神经细胞的响应与小鼠觉醒的概率显著相关。

另外，人为抑制 ATm 中神经细胞的活动，声音、光等刺激诱发的小鼠觉醒概率显著降低了。

通过刺激 ATm 中的神经细胞，科学家发现，小鼠在这些细胞活跃的同时，出现了显著的瞳孔放大，焦虑水平提高以及躲避行为的情况。这表明 ATm 中神经细胞的活跃与防御性情绪有关。

另外，人为阻断 ATm 中神经细胞的神经递质释放，会导致小鼠用于防御的回窝行为、逃跑行为等都消失了。

都说休息好才能精神好，睡眠浅就像一种慢性病，会对人的健康产生长期的影响。但是，特殊情况下，我们是需要"惊醒"的，比如巨大的声音往往意味着危险；如果强烈的饥饿感都不能唤醒一个人，会导致低血糖等问题。在一定情况下，大脑可以平衡这些情况，但如果超过了大脑的承受极限，就会引发睡眠障碍、感觉敏感性异常等问题。

新研究发现了在一般性觉醒神经网络和防御性觉醒神经网络中都发挥作用的丘脑节点，并对相关作用机制也进行了探索，为治愈特定神经精神性疾病提供了新思路。

参考文献：

• https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.07.007