不眠而休？美研究：刺激局部腦區可模擬睡眠修復效果

美國威斯康星大學研究人員近日在《自然·神經科學》期刊發表論文，揭示大腦無需全身進入睡眠狀態，也能在局部區域實現類似睡眠的生物性修復，顛覆人類對「休息」的傳統認知。

睡眠一直被視為「還債」 

長久以來，學界普遍認為睡眠本質上是「還債」——我們清醒的每一小時都會在大腦內堆積代謝廢物，只有夜間睡眠才能償還這些「債務」。其中較主流的理論是「突觸穩態假說」：清醒狀態下，神經元之間的連接會持續強化，每一次學習、處理信息或作出反應，都會在神經網絡中留下微小分子印記。到了晚上，神經網絡飽和、信號過度激活，效率開始下降。非快速眼動睡眠正是大腦的「清理」時段——突觸被選擇性削弱，釋放局部睡眠壓力，讓神經回路重置，為次日學習工作做好準備。

一旦缺少這一重置過程，認知能力會大幅衰退，這也是睡眠不足損傷記憶、削弱學習能力的根本原因。此前，人們一直認為這種重置必須讓整個大腦進入深度睡眠的慢波同步振盪狀態。

局部誘導慢波即可緩解睡眠壓力

威斯康星大學的研究團隊利用小鼠實驗推翻上述固有認知。研究人員事先對小鼠神經元進行基因改造，使其表達一種名為視蛋白的光敏蛋白，隨後將微型光纖植入小鼠大腦皮層。他們採用光遺傳學技術，通過光脈衝調控特定神經元的活動。

在睡眠剝奪小鼠的感覺運動皮層中，研究人員人為誘導出0.5至1赫茲的神經元放電模式——該低頻節律與自然睡眠中非快速眼動慢波的頻率完全相同，而小鼠大腦其餘區域保持活躍，全程處於清醒狀態。結果顯示，干預區域內的局部睡眠壓力分子標記物顯著下降。

局部休息而非全腦休眠

研究證明，僅在局部神經回路建立非快速眼動睡眠節律，就足以緩解該區域的睡眠壓力並恢復神經功能。這並非啟示人類從此可以不用睡覺，而是更新了對睡眠的認知：神經休息並非一個不可分割的系統性狀態，而是一個可以分區域進行的生理過程。睡眠的修復效果不在於關閉整個大腦，而是在正確的位置複刻正確的神經振盪節律。

僅在局部神經回路建立非快速眼動睡眠節律，就足以緩解該區域的睡眠壓力並恢復神經功能。資料圖片

行為學測試進一步印證了該結論。接受干預的小鼠僅在依賴受刺激神經回路的觸覺任務中恢復表現，其餘由未干預腦區負責的認知任務能力並未改善。換言之，視覺皮層可以處於「休息狀態」，而運動皮層同步保持高強度運轉。

探究不同皮層區域是否獨立累積睡眠壓力

科研團隊接下來將重點探究：在日常不同認知需求下，不同皮層區域是否會獨立累積各自的睡眠壓力。若該猜想成立，那麼睡眠的生物學機制將比以往任何模型所揭示的都更加模塊化，也更值得深入挖掘。

科學家測試望遠鏡意外拍下迄今最清晰太陽表面影像，羽狀漩渦似梵高名畫《星夜》。

近日，科學家利用位於美國夏威夷茂宜島、由美國國家科學基金會設立的丹尼爾·井上太陽望遠鏡（Daniel K. Inouye Solar Telescope），拍攝到迄今最清晰的太陽表面影像，揭示太陽外層前所未見的動態細節。

科學家測試望遠鏡意外拍下迄今最清晰太陽表面影像，羽狀漩渦似梵高名畫《星夜》。資料圖片

研究團隊原本只為微調儀器及測試望遠鏡的觀測極限，未料意外捕捉到超高解像度畫面。片段可見，熾熱的等離子體在太陽表面持續翻騰，形成如羽毛般的精細紋理及漩渦狀結構，景象猶如梵高名畫《星夜》中旋轉湧動的夜空。

科學家測試望遠鏡意外拍下迄今最清晰太陽表面影像，羽狀漩渦似梵高名畫《星夜》。資料圖片

研究人員檢視影像後發現，畫面呈現出太陽明亮外層過往從未被清楚觀測的細微結構，解像度也較以往的觀測影像大幅提高。事實上，太陽表面並非平靜不動，而是由溫度高達約攝氏5,500度、持續翻騰流動的等離子體組成。

科學家測試望遠鏡意外拍下迄今最清晰太陽表面影像，羽狀漩渦似梵高名畫《星夜》。網上圖片

研究團隊公開的片段顯示，熾熱等離子體形成的渦流此起彼落，猶如沸水中的氣泡不斷冒起及消散。高溫物質從太陽表面下方上升至溫度較低的區域，冷卻後再沈降回太陽內部，形成周而復始的對流活動，影像中還可見多條形似羽毛的精細紋理在太陽表面流動。

科學家測試望遠鏡意外拍下迄今最清晰太陽表面影像，羽狀漩渦似梵高名畫《星夜》。網上圖片

星期三（8月5日）發表的研究首次提出實證，顯示這些細小擾動及漩渦，是由一種稱為「克耳文—亥姆霍茲不穩定性」（Kelvin–Helmholtz instability）的物理現象形成。當兩股相鄰的流體或氣體以不同速度移動時，其交界處便可能產生波浪及漩渦狀紋理。

科學家測試望遠鏡意外拍下迄今最清晰太陽表面影像，羽狀漩渦似梵高名畫《星夜》。網上圖片

史丹福大學太陽物理學家陳瑞珠（Ruizhu Chen）表示，相關畫面令她聯想起梵高名畫《星夜》中旋轉翻湧的天空。這種現象過往曾在地球、木星及土星等行星上被觀測到。不過，研究共同作者、美國國家太陽天文台學者沃格爾（Friedrich Wöger）指出，如此精細而明顯的波紋結構，過去從未在太陽表面被直接觀察。

科學家測試望遠鏡意外拍下迄今最清晰太陽表面影像，羽狀漩渦似梵高名畫《星夜》。網上圖片

相關研究已於星期三（8月5日）刊登在科學期刊《自然》（Nature）。研究人員相信，最新發現或有助科學界解開太陽及其他恆星研究中的一大謎團，即太陽最外層大氣「日冕」（corona）的溫度，為何遠高於人類肉眼可見的太陽表面。

科學家持續研究太陽內部及表面的運作機制，亦希望藉此更準確預測「日冕物質拋射」（coronal mass ejection）。這類大規模能量爆發可能朝地球方向移動，一旦抵達地球附近，或會觸發太陽風暴，乾擾全球定位系統及通訊設備，同時也可能形成絢麗的極光。