發(fā)布時(shí)間：2025-12-03
近日，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心劉丹倩研究員受邀在國際期刊?Trends in Neurosciences?和 Free Radical Biology and Medicine發(fā)表兩篇綜述論文，從多角度闡述睡眠研究的前沿進(jìn)展，并提出大腦調(diào)控睡眠的前瞻性理論框架。
一、REM睡眠的復(fù)雜性與層級(jí)調(diào)控
劉丹倩組在 Trends in Neurosciences?發(fā)表的綜述論文《Cracking the complexity of REM sleep》，系統(tǒng)梳理了快速眼動(dòng)（rapid eye movement, REM）睡眠的重要進(jìn)展，并首次提出“層級(jí)調(diào)控框架”，為系統(tǒng)認(rèn)識(shí)REM睡眠提供了全新的概念基礎(chǔ)。
REM睡眠是夢境主要發(fā)生的階段，由多種神經(jīng)振蕩與行為事件構(gòu)成。海馬θ節(jié)律、腦橋PGO波（Ponto-geniculo-occipital waves）與皮層慢波等協(xié)同作用，同時(shí)伴隨快速眼動(dòng)、面部抽動(dòng)等行為特征，形成豐富的亞狀態(tài)結(jié)構(gòu)。發(fā)育與演化研究顯示：新生兒中REM睡眠的肌張力缺失、快速眼動(dòng)等核心特征按序成熟；章魚、蜥蜴等非哺乳類動(dòng)物也具有“REM樣睡眠”，呈現(xiàn)物種特異的行為模式。這些提示，REM睡眠是由多個(gè)特征共同構(gòu)成的多組分動(dòng)態(tài)過程。
隨著光遺傳學(xué)、環(huán)路追蹤等技術(shù)的發(fā)展，REM睡眠的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)已從單一中心擴(kuò)展為跨全腦的分布式體系。為理解這一復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的組織原理，該綜述提出了全新的層級(jí)化調(diào)控框架。
1）?腦干：核心執(zhí)行者。腦橋–延髓內(nèi)分布著多個(gè)并行環(huán)路，分別控制肌張力缺失、快速眼動(dòng)、PGO波等典型特征；這些環(huán)路之間緊密互作，共同起始與維持REM睡眠，是組織REM睡眠特征表達(dá)的關(guān)鍵。
2）?下丘腦：生理整合中樞。下丘腦整合溫度、代謝和晝夜節(jié)律等多種生理信號(hào)，并調(diào)控腦干網(wǎng)絡(luò)，決定REM睡眠的發(fā)生時(shí)機(jī)與強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)與生理狀態(tài)的動(dòng)態(tài)適配。
3）?大腦皮層：自上而下的精細(xì)調(diào)控者。壓后皮層、前額葉皮層等高級(jí)腦區(qū)在?REM 睡眠中持續(xù)活躍，調(diào)節(jié)θ節(jié)律及亞狀態(tài)切換，使REM睡眠能夠根據(jù)情緒經(jīng)歷與認(rèn)知需求進(jìn)行靈活調(diào)整。
4）?神經(jīng)調(diào)質(zhì)系統(tǒng)：全局調(diào)節(jié)器。膽堿能、去甲腎上腺素能和多巴胺系統(tǒng)以受體特異、時(shí)序敏感和環(huán)路特異機(jī)制，調(diào)控REM睡眠的啟動(dòng)與穩(wěn)定性。
閉環(huán)光遺傳等技術(shù)的發(fā)展，也使REM睡眠的功能逐步獲得因果性驗(yàn)證。θ節(jié)律及其相位，以及前腦記憶相關(guān)環(huán)路的選擇性激活，使REM睡眠可執(zhí)行記憶鞏固與遺忘的雙重作用；前額葉皮層等腦區(qū)情緒處理相關(guān)神經(jīng)元在REM睡眠高度活躍對(duì)于削弱負(fù)性情緒至關(guān)重要；而前扣帶皮層等高級(jí)認(rèn)知腦區(qū)在REM睡眠中的特異活動(dòng)模式與推理和認(rèn)知靈活性密切相關(guān)。
綜述提出，?REM睡眠在記憶、情緒與認(rèn)知中的多樣作用，本質(zhì)上源于層級(jí)化調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)互作。未來研究應(yīng)從追問“REM睡眠的整體作用”，轉(zhuǎn)向解析“REM睡眠各組分如何被層級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)控、以執(zhí)行特定功能”。逐一揭示REM睡眠中θ節(jié)律、PGO波、快速眼動(dòng)及關(guān)鍵神經(jīng)環(huán)路的因果作用，將有望闡明大腦構(gòu)筑REM睡眠的核心邏輯，并為破解夢境機(jī)制、情緒障礙以及認(rèn)知靈活性等重大科學(xué)問題開辟新方向。
論文鏈接：
https://www.cell.com/trends/neurosciences/abstract/S0166-2236(25)00221-8
二、ROS：睡眠穩(wěn)態(tài)調(diào)控的關(guān)鍵機(jī)制
劉丹倩組在Free Radical Biology and Medicine發(fā)表的綜述論文《Physiological roles of reactive oxygen species in sleep homeostasis》，從環(huán)路與分子整合角度闡述了睡眠與氧化應(yīng)激之間的雙向調(diào)控關(guān)系。文章提出活性氧（reactive?oxygen species, ROS）不僅反映睡眠壓力，更是被睡眠調(diào)控環(huán)路讀取、并轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)睡眠發(fā)生的核心信號(hào)。
綜述首先梳理了細(xì)胞類型特異的ROS熒光指示蛋白（如HyPer、roGFP2-Orp1）和高精度操控工具（如miniSOG、DAAO）的發(fā)展，并重點(diǎn)介紹了它們?cè)诨铙w大腦中的應(yīng)用及局限性。對(duì)ROS的亞細(xì)胞水平在體實(shí)時(shí)監(jiān)測與定量操控，為解析?ROS在睡眠-覺醒狀態(tài)轉(zhuǎn)換中的作用奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。
短期睡眠缺失會(huì)在特定神經(jīng)元中誘發(fā)顯著的ROS積累，觸發(fā)可逆的應(yīng)激反應(yīng)，而長期缺失睡眠則導(dǎo)致持續(xù)氧化損傷、神經(jīng)炎癥和環(huán)路功能受損。跨物種證據(jù)進(jìn)一步表明，ROS以細(xì)胞類型特異的方式編碼“覺醒時(shí)長”。例如，果蠅中線粒體ROS在促睡眠的 dFB 神經(jīng)元中累積；而在小鼠中，延長清醒會(huì)使中腦促睡眠神經(jīng)元的胞質(zhì) H?O? 持續(xù)上升，并在睡眠中下降，從而精準(zhǔn)刻畫睡眠壓力隨時(shí)間的增長與釋放。更為關(guān)鍵的是因果證據(jù)表明，在適度范圍內(nèi)的ROS（尤其是H?O?）可激活睡眠促進(jìn)神經(jīng)元、推動(dòng)睡眠啟動(dòng)；而過量ROS則會(huì)破壞睡眠結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致睡眠碎片化。這一“倒 U 型”規(guī)律揭示了ROS既是睡眠壓力的編碼者，也是睡眠穩(wěn)態(tài)的核心調(diào)控器；維持ROS在生理感應(yīng)范圍內(nèi)，對(duì)睡眠穩(wěn)態(tài)和健康具有重要意義，并為理解氧化應(yīng)激相關(guān)疾病中的睡眠障礙提供了新的思路。
總體而言，該綜述提出，ROS是連接“為什么需要睡眠”與“睡眠如何被調(diào)控”的關(guān)鍵樞紐。通過將覺醒引發(fā)的氧化壓力轉(zhuǎn)化為睡眠驅(qū)動(dòng)力，ROS在維持大腦代謝健康和生理穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著核心作用。未來，識(shí)別ROS的分子信號(hào)靶點(diǎn)、解析細(xì)胞間氧化還原信號(hào)互作、以及建立跨物種研究框架，將推動(dòng)對(duì)睡眠穩(wěn)態(tài)機(jī)制的深入理解。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0891584925012985?via=ihub
上述兩篇綜述從分子信號(hào)到神經(jīng)環(huán)路等不同層次，對(duì)大腦調(diào)控睡眠的關(guān)鍵機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)剖析與理論更新，強(qiáng)調(diào)睡眠并非由單一機(jī)制主導(dǎo)，而是由分子、細(xì)胞、環(huán)路乃至全腦網(wǎng)絡(luò)協(xié)同參與的動(dòng)態(tài)過程。隨著多尺度技術(shù)的快速發(fā)展，未來圍繞睡眠—代謝—腦功能的多層次整合研究將不斷深化，有望推動(dòng)睡眠醫(yī)學(xué)、神經(jīng)精神疾病干預(yù)以及腦健康維護(hù)策略的發(fā)展與創(chuàng)新。
該論文相關(guān)研究受到國家科技創(chuàng)新2030重大專項(xiàng)、國家自然基金委等項(xiàng)目資助。
附件下載： 
