Neuroscience Bulletin：小鼠睡眠-觉醒转变过程中小脑神经元的活性变化

2020年5月，来自陆军医科大学基础医学院生理学教研室的研究人员在Neuroscience Bulletin上发表了题为“Neuronal Activity in the Cerebellum During the Sleep-Wakefulness Transition in Mice”的原创性研究论文，文章主要通过监测小脑的神经元活动，探究了小脑在调节睡眠-觉醒转变中的作用。

小脑是中枢神经系统中参与运动规划、动作执行以及运动习得的关键器官。患有小脑疾病的病人不仅表现出运动缺陷，而且还表现出非运动症状。例如脊髓小脑共济失调的患者，其特征性病变为小脑萎缩变性，往往表现为白天嗜睡过度。此外，小脑切除的猫会表现出觉醒能力下降，并且快速眼动（REM）睡眠时相延长。反之，原发性睡眠障碍的患者往往小脑体积减少。目前的发现支持小脑参与调节睡眠和/或清醒状态的假说。神经解剖学研究结果也验证了这一点，深部小脑核（DCN）是小脑中负责最终整合和输出的核团组织，支配了对维持或促进清醒至关重要的几个脑区。据报道，DCN支配腹侧丘脑，该区域参与从非快速眼动（NREM）睡眠到觉醒的转变。此外，DCN已被证实与下丘脑相互连接。在下丘脑中，有多种类型的促进觉醒和促进睡眠的神经元。因此，小脑处于与唤醒神经元沟通的核心位置，可以调节睡眠和/或觉醒状态。

早期研究表明，Purkinje细胞(PC)和DCN神经元的活性在REM睡眠过程中均有增加。功能成像研究已经揭示了整个睡眠阶段小脑活动的变化。据报道，人类受试者在NREM睡眠期间的小脑活动度低于觉醒时，而在REM睡眠期间小脑活动度则显著增加。然而，小脑在不同睡眠状态和觉醒状态之间转变过程中的神经元活性变化却尚不清楚。在本研究中，研究者对小鼠整个睡眠-清醒周期中的小脑进行了多位点记录，以研究小脑神经元活动在这一过程中随时间变化的特征。研究发现，小脑皮质中PC神经元在从睡眠到觉醒之前表现出显著增加的放电活性。进一步的研究发现，PC活性的增加是由于小脑皮质中非PC单元低频放电输入所致。而在抑制性PC的下游，DCN中的神经元在NREM睡眠到觉醒的转变过程中表现出放电活动减弱。

总而言之，该研究结果提供了通过体内电生理学证据，表明小脑具有积极调节睡眠-清醒转变的潜力。

图1: 体内Purkinje细胞的电生理分类

图2: Purkinje细胞在不同状态下放射频率

图3: 睡眠-觉醒状态转变时浦肯野细胞活性动力学

图4: 睡眠-觉醒状态转变时非PC单元活动状态

图5: 非PC单元和PC之间的单突触连接

图6: 睡眠-觉醒状态转变时DCN单元活动状态

参考文献：

Zhang LB, Zhang J, Sun MJ, Chen H, Yan J, Luo FL, Yao ZX, Wu YM, Hu B. Neuronal Activity in the Cerebellum During the Sleep-Wakefulness Transition in Mice. Neurosci Bull, 2020. DOI: 10.1007/s12264-020-00511-9.

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