揭開困倦背後真實機制 大腦神經元過度放電誘發睡意

【文‧Emma stein】

為什麼我們會感到疲倦、需入睡補充能量？長久以來，科學界普遍認為是體內一種化學物質過度積累結果，但最新研究表明，誘發睡意真正「開關」可能是大腦神經細胞電荷過載。想像一下你長時間使用的電器因過熱自動斷電，新研究發現大腦也存在類似機制。

主流睡眠理論認為，人體起床/入睡過程由「生理時鐘系統」、「睡眠/清醒恆定系統」2 大核心機制共同調控，過程主要由名為腺苷（Adenosine）的化學物質驅動。

清醒時，大腦神經元不斷產生腺苷做為副產品，隨著腺苷含量越來越高，人會逐漸困倦，思考變遲緩，形成睡眠壓力（Sleep Pressure）。而位於大腦下視丘的視交叉上核（SCN）對光線極敏感，感受到外部環境光線減弱（從白天進入黃昏、夜晚）後，SCN 就會指示大腦另一個腺體──松果體開始分泌褪黑素，隨著夜幕降臨，身體啟動一系列程序引導進入睡眠狀態，當腺苷與褪黑素含量達到尖峰，人體便自然進入睡眠。

入睡後，大腦像清垃圾一樣掃除積累一整天的腺苷，當早晨第一縷光線通過眼睛進入視網膜，SCN 立即向松果體發出停止分泌褪黑素的訊號，並刺激腎上腺分泌皮質醇，當腺苷完全清除乾淨、褪黑素停止分泌、皮質醇含量達到峰值，人體就會清醒。

過去對人體睡眠模式的研究集中在參與調節睡眠的腺苷和生理時鐘（晝夜節律），然而英國牛津大學團隊基於果蠅模型的新研究卻發現，明確誘發人體進入睡眠狀態的真正「開關」可能是大腦細胞電力過載，挑戰了傳統理論，或者說：睡眠開關可能不是由化學物質腺苷濃度決定，而是由細胞的電學狀態控制。

誘發睡意的關鍵

根據新的果蠅實驗，大腦神經細胞內粒線體在清醒時不斷放電（firing）處理各種訊息，該過程導致帶電鉀離子不斷從細胞內部流失、洩漏至周圍組織，隨著活動時間拉長，神經元內外電位差逐漸達到臨界點，為了避免神經元過熱致使身體無法正常運作，此時負責監測電位差平衡的特定神經元促使大腦開啟「自我保護」模式，觸發類似斷路器機制，強制降低神經元活動並誘導進入睡眠流程。

研究人員解釋，就像日常生活用來保護電路的保險絲，當電流過載，保險絲會熔斷以阻斷電流，避免設備損壞，大腦似乎以類似方式工作，透過引發睡意重新平衡細胞間電壓與能量消耗，團隊也確實藉由操縱細胞內的能量多寡直接控制蒼蠅睡眠。

這項研究除了為睡眠生理過程提供全新視角，還可能幫助開發新的失眠治療方法，目前市面安眠藥多針對大腦化學傳導物質功能，往往伴隨記憶力衰退、成癮等副作用，若未來能開發阻斷神經元特定鉀離子通道的藥物，就有機會在不干擾大腦化學平衡的前提下更安全、有效地誘導睡眠。

新論文發表在《自然》（Nature）期刊。

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