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基本信息

Title:Induction of cortical on/off periods in awake mice fulfills sleep functions

發(fā)表時(shí)間:2026-06-08

發(fā)表期刊:Nature Neuroscience

影響因子:20.0

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研究背景

非快速眼動(dòng)睡眠（nonrapid eye movement sleep, NREM）中的同步on/off活動(dòng)，是慢波活動(dòng)（slow-wave activity, SWA）和睡眠壓力的重要神經(jīng)基礎(chǔ)。已有研究將這類(lèi)雙穩(wěn)態(tài)節(jié)律與突觸穩(wěn)態(tài)、記憶鞏固聯(lián)系起來(lái)，但仍不清楚這些功能是否必須依賴(lài)完整睡眠狀態(tài)

本文的問(wèn)題是：清醒小鼠的局部皮層網(wǎng)絡(luò)若被誘導(dǎo)出NREM樣on/off periods，能否承擔(dān)部分睡眠功能

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法邏輯

作者在成年小鼠雙側(cè)同源皮層植入硅探針，記錄多單位活動(dòng)（multi-unit activity, MUA）和局部場(chǎng)電位（local field potential, LFP），并用光遺傳學(xué)在單側(cè)皮層誘導(dǎo)off periods

研究比較刺激側(cè)與對(duì)側(cè)控制側(cè)在恢復(fù)性NREM睡眠中的SWA、慢波形態(tài)和尖峰時(shí)間平鋪系數(shù)（spike-time tiling coefficient, STTC），再用halorhodopsin持續(xù)抑制放電作對(duì)照，并檢測(cè)GluA1相關(guān)突觸標(biāo)志物和地板紋理識(shí)別（floor texture recognition, FTR）表現(xiàn)

Fig. 1: Chronic recording and optogenetic manipulation of local cortical networks.

核心發(fā)現(xiàn)

發(fā)現(xiàn)一：清醒期誘導(dǎo)on/off periods后，局部睡眠壓力指標(biāo)下降

在SOM+和ACR小鼠中，睡眠剝奪最后30分鐘誘導(dǎo)off periods，使刺激側(cè)在后續(xù)1小時(shí)恢復(fù)性NREM睡眠中的SWA低于對(duì)側(cè)同源控制側(cè)。刺激側(cè)的off-period initiation slope、peak amplitude、termination slope以及STTC也下降，說(shuō)明SWA降低伴隨LFP、MUA和單單位層面的同步性減弱。野生型對(duì)照沒(méi)有出現(xiàn)相同變化，支持效應(yīng)來(lái)自誘導(dǎo)的off periods，而非光刺激本身

Fig. 2 中，作者展示了刺激側(cè)與對(duì)側(cè)在恢復(fù)性NREM睡眠中的SWA和同步性分離；這一結(jié)果提示局部on/off periods可降低局部睡眠壓力指標(biāo)

halorhodopsin持續(xù)抑制能顯著降低刺激側(cè)總體放電率，但沒(méi)有誘導(dǎo)NREM樣on/off periods。后續(xù)恢復(fù)性NREM睡眠中，刺激側(cè)與對(duì)側(cè)在SWA、功率譜、off-period指標(biāo)、LFP斜率和STTC上均無(wú)顯著差異。正文由此區(qū)分了“總體放電減少”和“睡眠樣雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)”兩種機(jī)制

Fig. 3 中，作者展示了持續(xù)低放電未復(fù)制on/off periods帶來(lái)的SWA下降；這一結(jié)果提示活動(dòng)模式比單純放電率降低更關(guān)鍵

在較大范圍單側(cè)皮層誘導(dǎo)off periods后立即取材，SOM+和ACR小鼠刺激半球的GluA1-containing AMPA receptors及pGluA1(845)水平低于對(duì)側(cè)控制半球，野生型對(duì)照未見(jiàn)相同效應(yīng)。由于取材前未允許小鼠進(jìn)入恢復(fù)睡眠，這一變化可歸因于清醒期被強(qiáng)制誘導(dǎo)的NREM樣on/off活動(dòng)

Fig. 4 中，作者展示了刺激半球GluA1和pGluA1(845)信號(hào)下降；這一結(jié)果提示誘導(dǎo)on/off periods可觸發(fā)與突觸強(qiáng)度降低相關(guān)的分子變化

在FTR任務(wù)中，學(xué)習(xí)后1小時(shí)睡眠剝奪會(huì)削弱次日對(duì)新紋理區(qū)域的偏好。若在睡眠剝奪期間對(duì)M2和S1雙側(cè)誘導(dǎo)off periods，小鼠表現(xiàn)恢復(fù)到接近允許睡眠組的水平。該結(jié)果限于小鼠FTR任務(wù)和特定感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)域，不能外推為所有記憶類(lèi)型或人類(lèi)睡眠替代方案

Fig. 5 中，作者展示了睡眠組、睡眠剝奪組和睡眠剝奪加off induction組的FTR表現(xiàn)差異；這一結(jié)果提示誘導(dǎo)on/off periods可支持部分睡眠相關(guān)記憶鞏固

省流總結(jié)

這項(xiàng)Nature Neuroscience小鼠研究顯示，清醒期在局部皮層誘導(dǎo)NREM樣on/off periods，可降低后續(xù)睡眠中的局部SWA和神經(jīng)同步性，并伴隨突觸強(qiáng)度標(biāo)志物下降及FTR記憶表現(xiàn)恢復(fù)。結(jié)論限于光遺傳誘導(dǎo)的小鼠皮層網(wǎng)絡(luò)，不支持外推為人類(lèi)睡眠替代或臨床干預(yù)

分享人：天天

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部

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