在這個快節奏的時代，睡眠彷彿成了奢侈品。有多少個夜晚，我們在燈火通明中奮鬥，或在繁華街頭暢玩，直到凌晨才拖著疲憊身軀入睡。還記得那些通宵後的白天嗎？彷彿身體被按下了 “深度睡眠” 按鈕，一覺睡到下午，這種酣睡正是身體在償還睡眠負債。可你有沒有想過，大腦是如何感知到我們缺覺，又是怎樣開啟 “補償模式”，讓我們進入深度睡眠的呢？
今天，咱們就來揭秘一篇新鮮出爐的研究，看看科學家們如何破解睡眠的 “神經密碼”。
實驗物件與流程
科學家們以小鼠為實驗物件，透過一系列前沿實驗技術展開了這場神經迴路的 “尋寶之旅”。他們利用鼠腦內的丘腦腹側背側核（RE）神經元，藉助狂犬病毒介導的單突觸逆向追蹤技術，從 11 個已知的促進非快速眼動睡眠（NREM）的神經核團出發，尋找那些能投射到多個下游 NREM 促進核團的上游神經元叢集。經過層層篩選，鎖定了丘腦腹側背側核（RE）中的一群興奮性神經元。
在驗證 RE 神經元功能的實驗中，研究人員採用了化學遺傳學和光遺傳學技術。化學遺傳學啟用 RE 神經元后，小鼠的 NREM 睡眠時長和深度顯著增加，且在啟用前幾小時，小鼠還出現了梳理毛髮、築巢等睡眠預備行為。光遺傳學實驗更是生動直觀地展現了 RE 神經元的作用：當用光脈衝短暫刺激 RE 神經元后，小鼠在 20 分鐘左右的延遲後，進入了持續約 1 小時的深度 NREM 睡眠，這種睡眠更連續、更深沉，與睡眠剝奪後的恢復性睡眠極為相似。這關鍵的延遲期，恰是小鼠進行睡眠預備活動的時段。
進一步地，在睡眠剝奪實驗中，研究人員透過慢性 Neuropixels 錄製技術，即時監測小鼠在睡眠剝奪及恢復睡眠期間 RE 神經元的活動。結果發現，RE 神經元在睡眠剝奪期間活動增強，而在恢復睡眠時則活性降低。當透過化學遺傳學抑制睡眠剝奪期間的 RE 神經元活性時，小鼠後續的恢復性睡眠時長、連續性和深度均大打折扣，這有力地證實了 RE 神經元在感知睡眠需求及調節恢復性睡眠中的關鍵角色。
實驗結果及討論
隨著研究深入，科學家們發現 RE 神經元投射到多個促進 NREM 睡眠的核團，其中與腹側被蓋區（ZI）的神經元聯絡緊密。睡眠剝奪會誘導 RE-ZI 通路發生神經可塑性變化。實驗中，睡眠剝奪後 RE 神經元的樹突棘數量在 ZI 區域顯著增加，神經元之間的連線更加緊密，興奮性突觸傳遞得到增強。這種可塑性變化的程度與後續恢復性睡眠的量直接相關，就像一把精準的 “分子標尺”，衡量著睡眠需求。更令人振奮的是，這種可塑性變化依賴於鈣 / 鈣調蛋白依賴性蛋白激酶 II（CaMKII）訊號通路。當抑制 RE 神經元中的 CaMKII 活性時，RE-ZI 通路的可塑性變化減弱，睡眠剝奪引發的恢復性睡眠也隨之減少。
這些成果不僅解釋了睡眠剝奪後深度睡眠反彈的神經機制，還揭示了睡眠需求的分子和細胞基礎。RE 神經元就像是睡眠調節的 “神經司令部”，在睡眠缺失時，透過增強自身活性和與下游神經元的連線，下達 “深度睡眠” 的指令，為身體和大腦提供恢復的良機。而 CaMKII 則是這場神經重塑的 “幕後工程師”，精準調控著睡眠需求訊號的傳遞與放大。
小結
綜上，該項研究讓我們明白，睡眠不是簡單的 “開 – 關” 過程，而是一套精妙絕倫的神經網路在動態調控。從 RE 神經元的發現，到 RE-ZI 通路可塑性的揭示，再到 CaMKII 訊號通路的闡明，每一個發現都如同拼圖的一塊，拼湊出睡眠調節的完整圖景。
未來，我們有望基於這些成果開發出精準治療睡眠障礙的方法，讓那些在黑夜中輾轉反側的人們，能夠順利用深度睡眠為身體 “充電”~
參考文獻：
Sang Soo Lee et al, Sleep need-dependent plasticity of a thalamic circuit promotes homeostatic recovery sleep, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adm8203.
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