研究人員發(fā)現(xiàn)果蠅將感覺神經(jīng)元與睡眠周期調(diào)節(jié)聯(lián)系起來

伊利諾伊州埃文斯頓——冬天可能已經(jīng)過去，但你還記得在寒冷黑暗的日子里醒來的挑戰(zhàn)嗎？溫度會(huì)影響幾乎所有生物的行為，但關(guān)于感覺神經(jīng)元和控制睡眠-覺醒周期的神經(jīng)元之間的關(guān)系，還有很多東西需要了解。

西北大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)了這一行為背后的線索。在對(duì)果蠅的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)“溫度計(jì)”電路，它可以將外界寒冷溫度的信息從果蠅的天線傳輸?shù)礁叩拇竽X。他們展示了在這個(gè)周期中，季節(jié)性寒冷和黑暗條件如何抑制果蠅大腦中的神經(jīng)元，從而促進(jìn)活動(dòng)和覺醒，尤其是在早上。

溫伯格文理學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)副教授凱爾加羅德(Kyle Gariod)說：“這有助于解釋為什么——對(duì)于蒼蠅和人來說——在冬天的早晨很難像這樣醒來?！薄巴ㄟ^研究果蠅的行為，我們可以更好地理解溫度對(duì)于調(diào)節(jié)睡眠是如何以及為什么如此重要?！?

這項(xiàng)研究由Gallio領(lǐng)導(dǎo)，在果蠅身上進(jìn)行，今天(5月21日)發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上。

本文首次描述了駐留在蒼蠅天線中的“絕對(duì)冷”感受器，它只對(duì)低于蒼蠅“舒適區(qū)”(大約華氏77度)的溫度作出反應(yīng)。在識(shí)別出這些神經(jīng)元后，研究人員跟蹤它們，直到它們到達(dá)大腦中的目標(biāo)。他們發(fā)現(xiàn)，這些信息的主要接受者是一小部分大腦神經(jīng)元，它們是控制活動(dòng)和睡眠節(jié)奏的更大網(wǎng)絡(luò)的一部分。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)的冷回路活躍時(shí)，通常由晨光激活的目標(biāo)細(xì)胞將被關(guān)閉。

它是果蠅晝夜節(jié)律生物學(xué)的經(jīng)典模型系統(tǒng)，其中研究人員研究了控制我們24小時(shí)休息和活動(dòng)周期的機(jī)制。目前，大量工作集中在外部線索(如光和溫度)的變化如何影響活動(dòng)和睡眠的節(jié)奏，以及線索如何到達(dá)控制這些反應(yīng)的特定大腦回路。

雖然環(huán)境溫度的檢測對(duì)小“冷血”果蠅來說非常重要，但人類仍然是舒適的動(dòng)物，不斷尋求理想的溫度。人類尋求最佳溫度的部分原因是核心和大腦溫度與誘導(dǎo)和維持睡眠密切相關(guān)。陽光和溫度的季節(jié)性變化也與睡眠的變化有關(guān)。

Gariod說：“溫度感應(yīng)是最基本的感覺方式之一。”他的團(tuán)隊(duì)是世界上少數(shù)系統(tǒng)研究果蠅溫度感應(yīng)的人之一?！拔覀冊谏n蠅大腦中發(fā)現(xiàn)的原則——邏輯和組織——可能永遠(yuǎn)與人類的原則相同。無論是蒼蠅還是人類，感覺系統(tǒng)都必須解決同樣的問題，所以它們經(jīng)常在大腦中這樣做。同理。"

加里奧是這篇論文的通訊作者。Gallio實(shí)驗(yàn)室博士后研究員Michael H. Alpert和前博士生Dominic D. FrankGallio是本文的共同第一作者。

“睡眠不足的后果是多方面的——疲勞、注意力不集中、學(xué)習(xí)障礙和許多健康參數(shù)的變化——但我們?nèi)匀粵]有完全理解睡眠是如何在大腦中產(chǎn)生和調(diào)節(jié)的，以及外部條件如何影響睡眠驅(qū)動(dòng)因素和質(zhì)量?！卑栫晏卣f。

這項(xiàng)研究是多年努力的結(jié)果，由Gallio實(shí)驗(yàn)室各個(gè)階段的科學(xué)家組成，他們的職業(yè)從本科生到首席研究員不等。

弗蘭克說：“研究大腦的活動(dòng)非常重要。”"我們的發(fā)現(xiàn)證明了功能研究在理解大腦如何控制行為方面的重要性."

一般來說，這項(xiàng)研究在很大程度上依賴于研究神經(jīng)元活動(dòng)以及這些神經(jīng)元對(duì)行為的影響的能力。為此，研究人員開發(fā)了新的工具，并將功能和解剖學(xué)研究、神經(jīng)遺傳學(xué)和行為監(jiān)測方法結(jié)合起來，在野生型和轉(zhuǎn)基因果蠅中進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)。

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