清醒还是沉睡？可能是由脑中离子浓度决定的。
令人震惊的发现—-钾离子调节你的大脑,而不是神经活动
4月29日科学杂志上的一篇研究报告称,脑袋里离子浓度的变化,而不是神经活动的变化,是导致大脑往复熟睡和醒来过程的决定因素。
科学家们发现,在睡眠和保持清醒的时刻，脑细胞液中钾离子、钙离子和镁离子的浓度是不同的。但是他们认为神经元(一种负责大脑大部分处理能力的电活性细胞)才是导致脑细胞中离子浓度变化的原因。
事实上,这份研究认为神经元并不是唯一掌控大脑作用的开关。一种大脑中的化学物”神经调节物质”,可以提高神经元的活性,通过改变离子浓度从而绕过神经元的作用来直接唤醒大脑或使其陷入沉睡。
科学家并没发现大脑中离子浓度与大脑状态之间直接的联系,因为之前他们主要聚焦在神经元的作用上,主持这项研究的神经系统科学家,Maiken Nedergaard 说道。
当她在纽约Rochester大学的实验室发现，沉睡过程中存在一个排水系统对大脑进行离子浓度清洗过程时，她开始对睡眠的过程发生了兴趣。当测量脑细胞之间液体中离子浓度变化时,Nedergaard和她的同事发现离子浓度的变化遵从一个可预测的模式:老鼠清醒时其脑细胞中钾离子浓度较高(可能人类也存在这种情况),沉睡时浓度降低。而钙离子和镁离子则恰恰相反:在沉睡时浓度高在清醒时浓度低。
在这项研究中,Ｎedergaard 的团队运用了一种名为“唤醒鸡尾酒”的神经调节化学物质，对老鼠的大脑进行处理。研究人员发现,当对老鼠进行处理之后,脑细胞之间的液体中钾离子的浓度迅速增加。这种离子浓度的变化在甚至研究人员添加河豚毒素来组织神经元的活动后同样会发生。这种结果表明这些大脑化学物质—去肾上腺素,乙酰胆碱,多巴胺,食欲肽和组胺-能够直接影响离子浓度而不需神经元的协助。但是这些化学物质调节离子浓度的具体机制还不清楚。
同样的情况在麻醉手术中也会发生。当清醒的老鼠被麻醉后,其脑中钾离子的浓度急剧下降,而钙离子和镁离子浓度却升高了。当对麻醉的老鼠进行“唤醒鸡尾酒”处理后,老鼠脑中钾离子浓度在几秒钟内迅速上升并且老鼠清醒过来。但是钙离子和镁离子的浓度在较长时间才下降。Nedergaard说道,”这些小老鼠完全迷糊了,他们跳进笼子里,跑来跑去完全不知道自己在干什么”。
这些结果可能会帮助那些从麻醉中醒来但是依然迷糊的人们。宾夕法尼亚大学医学院的睡眠研究专家，Ａmita Sehgal 说道，“因为他们脑中的离子浓度还没有恢复到清醒状态时的水平”。
Nedergaard 指出,进一步的研究关于离子怎样影响 睡眠和清醒状态，最终可能会对睡眠、意识和昏迷有更好的了解。
但是,威斯康辛麦迪逊大学的神经系统科学家Ｃhiara cirelli说道,实际运用这种成果,像提高安眠药的效果之类的，可能还很遥远。”怎样运用这些成果还需要花些时间，但是事情本身足够令人吃惊的了”。她同时指出，当人保持清醒的时候，神经元依然具有活性，解决ＲＥＭ睡眠（快速眼动睡眠）时期什么导致了脑中离子浓度变化将是十分有意思的研究。（杨zhi）