Cell子刊丨铺好床才能睡好觉

排版 | AiBrain 编辑团队

睡眠，也就是我们日常说的睡觉，是再平常不过的事情了。我们每个人的一生之中，近三分之一的时间都在睡眠，睡眠的质量与人的身心健康息息相关^{1, 2}。

“春眠不觉晓，处处闻啼鸟”，一觉睡到自然醒的舒适与惬意可不是我们现代人才知道的哦。影响睡眠的因素有很多，俗语说“食不语，寝不言”，“夜谈会”的谈笑声会影响到别人睡眠；“总为多思虑，常令少睡眠”，胡思乱想也会影响睡眠。那么想要拥有好的睡眠，睡前需要怎么做呢？

到目前为止，研究的所有动物都需要睡眠，并且动物在睡眠前常常表现出一系列的刻板行为，例如，鸟儿会飞到巢中，频繁的梳理羽毛，头部倾斜等；人类可能会清洁个人卫生，设置黑暗且安静的环境，为睡眠准备空间并铺床等行为^{3, 4}。然而，动物的睡前行为在睡眠中的具体作用还缺乏科学的实验证据。近期，科研人员通过系列的小鼠动物实验解谜了睡前行为在动物入睡和睡眠巩固中作用⁵。

一，小鼠典型的睡前行为——筑巢

为了明确小鼠睡前是否有规律的行为模式，研究人员对单独饲养的小鼠进行了长时间的视频记录，然后对睡前的小鼠行为进行分类并统计分析。

在总结的九种行为模式中，研究人员发现小鼠饮水和散步等行为的概率随着睡眠的临近而下降，而从事筑巢和梳理行为的概率随着睡眠的临近而增加。如果将睡前分为两个阶段：睡前40到20分钟的早期阶段和睡前20到0分钟的睡前阶段，分析发现，在临近睡眠的时间段，小鼠从事筑巢和梳理行为的时间显著增加。也就是说，小鼠睡前主要的行为是筑巢和梳理行为(图1)。

图1 小鼠的睡前行为

进一步对小鼠的脑电图（EEG）和肌电图（EMG）记录分析得知，在从事筑巢行为时小鼠脑电图表现出7Hz震荡特征，在从事梳理行为时小鼠脑电图表现出2-6Hz的震荡特征，而在从事其他行为时小鼠脑电图表现出6-10Hz的震荡特征。

这些结果表明，小鼠在睡眠开始之前表现出特有的行为，这些睡前行为具有时序特性，并且行为中小鼠大脑表现出特定的脑电特征。

二，筑巢行为促进睡眠启动和巩固

动物的睡眠周期会经历两个不同的时相：非快速眼动睡眠（NREM）和快速眼动睡眠（REM）⁶。非快速眼动睡眠与快速眼动睡眠交替出现，交替一次称为一个睡眠周期，两种循环往复，一个完整的睡眠周期约90分钟，而人们常说的深度睡眠常常发生在NREM时相段。

为了研究小鼠筑巢行为对睡眠的影响，研究人员通过不放置筑巢材料的方式来阻止小鼠从事筑巢行为（图2）。

图2 筑巢的小鼠与因缺乏材料无法筑巢的小鼠

研究发现，缺乏筑巢行为的小鼠显著延迟非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠的启动，并促进觉醒。进一步的研究发现，缺乏筑巢行为的小鼠保持清醒状态的时间更长，而处于睡眠状态包括非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠的时间都显著减少。

同时还发现，在整个光/暗周期中单个非快速眼动睡眠片段和快速眼动睡眠片段的持续时间更短了，也就是说，缺乏筑巢行为使小鼠的非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠碎片化。

另外，缺乏筑巢行为也使小鼠的非快速眼动睡眠（深度睡眠发生的时相）的强度显著减少。综上所述，睡眠的质量和时间与筑巢行为密切相关，睡前筑巢行为能够促进睡眠启动并提高睡眠质量。

三，下丘脑外侧区神经元调控睡前筑巢行为

为了寻找调控睡前筑巢行为的神经元，研究人员使用了TRAP技术。TRAP技术基于神经元活动依赖的Fos基因的表达，能够标记特定时间内瞬时激活的神经元⁷。

通过操控小鼠的筑巢行为（图3），并以睡眠和睡眠剥夺小鼠作为对照组，研究人员发现只有下丘脑外侧区（LH）被激活的神经元显著增加。进一步的研究表明，睡前筑巢行为激活的LH神经元在四周之后能够再次在睡前筑巢行为中激活。以上结果提示LH神经元可能参与调控小鼠的睡前行为。

图3 操控小鼠的筑巢行为

下丘脑外侧区（LH）是调控睡眠行为的重要脑区，为了提供LH 神经元调控小鼠睡前行为的直接证据，研究人员应用了化学遗传学（chemogenetic）的技术，该技术可以利用化学小分子调节蛋白质生理功能的原理抑制或激活神经元。

研究人员首先证实，睡前行为激活的这些LH神经元对自发睡眠或觉醒状态几乎没有影响。但是，抑制这些LH神经元的活动会导致筑巢行为明显减少，而不影响进食、饮水或梳理行为。

另外，这些神经元活动的抑制会导致小鼠的睡眠潜伏期缩短，打断睡前阶段，并促进较浅的非快速眼动睡眠（图4）。与抑制这些神经元活动的影响不同，当通过化学遗传学激活这些神经元后，小鼠会在筑巢方面花费更多的时间，表现出更多的觉醒和更少的非快速眼动睡眠，并且促进深度非快速眼动睡眠（图4）。

图4 LH神经元调控睡前筑巢行为与睡眠

以上实验结果表明，睡前行为激活的LH神经元在维持睡前阶段和促进深度非快速眼动睡眠方面具有重要作用。

四，调控睡前筑巢行为神经元的分子特征和投射

LH脑区存在众多的神经元类型，不仅包括大量兴奋性的谷氨酸能神经元和抑制性的GABA能神经元，也包括表达特异性神经肽对睡眠，觉醒和摄食具有重要调控作用的下丘脑分泌素（Hcrt）神经元和黑色素浓缩激素（MCH）神经元⁸。

为了明确调控睡前筑巢行为LH神经元的身份，研究人员首先应用TRAP的方法技术标记了这些神经元，然后研究了谷氨酸转运体（vGluT2），谷氨酸脱羧酶（GAD65），下丘脑分泌素和黑色素浓缩激素在这些神经元中的表达。

结果发现，调控睡前筑巢行为的LH神经元不是下丘脑分泌素，黑色素浓缩激素或GABA能神经元，而是一类谷氨酸能神经元。进一步的研究发现，调控睡前筑巢行为的LH神经元广泛的投射到众多的大脑区域（图5）。以上实验表明一类独特的LH谷氨酸能神经元调控了小鼠的睡前筑巢行为。

图5 睡前筑巢行为调控神经元的神经投射

结论

小鼠睡前筑巢，可以促进睡眠的启动和巩固，而缺乏筑巢材料或阻止筑巢会破坏睡眠（图6）。同时在下丘脑外侧区确定了具有广泛投射特性的一类谷氨酸能神经元，它们调节睡前筑巢行为和睡眠的启动及强度，此研究为睡前行为在睡眠启动和巩固中的促进作用提供了证据。

总而言之，筑巢是一种进化上保守的适应行为，可以促进从清醒到睡眠的转变，而正确地从清醒状态转换到睡眠状态的能力对动物的生理和生存至关重要。

图6 睡前筑巢行为有助于提高睡眠质量

参考文献（上下滑动查看）：

1. Mahowald, M.W. and C.H. Schenck, Insights from studying human sleep disorders. Nature, 2005. 437(7063): p. 1279-85.

2. Pack, A.I. and G.W. Pien, Update on sleep and its disorders. Annu Rev Med, 2011. 62: p. 447-60.

3. Ellis, C., G. Lemmens, and D. Parkes, Pre-sleep behaviour in normal subjects. J Sleep Res, 1995. 4(4): p. 199-201.

4. Hediger, H., The biology of natural sleep in animals. Experientia, 1980. 36(1): p. 13-6.

5. Sotelo, M.I., et al., Lateral hypothalamic neuronal ensembles regulate pre-sleep nest-building behavior. Curr Biol, 2022. 32(4): p. 806-822 e7.

6. Weber, F. and Y. Dan, Circuit-based interrogation of sleep control. Nature, 2016. 538(7623): p. 51-59.

7. DeNardo, L. and L. Luo, Genetic strategies to access activated neurons. Curr Opin Neurobiol, 2017. 45: p. 121-129.

8. Stuber, G.D. and R.A. Wise, Lateral hypothalamic circuits for feeding and reward. Nat Neurosci, 2016. 19(2): p. 198-205.

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