大脑结构在大脑中产生睡眠空间
睡眠通常被认为是一种要么全有要么全无的状态:大脑要么完全清醒，要么完全睡着。然而，麻省理工学院的神经科学家们已经发现了一种大脑回路，它可以触发大脑的小区域进入睡眠或变得不那么警觉，而大脑的其余部分仍然保持清醒。
这条线路起源于a大脑这种结构被称为丘脑网状核(TRN)，它将信号传递到丘脑，然后是大脑皮层，从而产生缓慢振荡的信号袋脑电波深的特点睡眠．慢振荡也发生在昏迷和全身麻醉，并与觉醒降低有关。如果TRN的活动足够多，这些波就能控制整个大脑。
研究人员认为，TRN可以通过协调大脑不同部位之间的慢波来帮助大脑巩固新记忆，使它们更容易共享信息。
“在睡眠期间，可能特定的大脑区域同时有慢波，因为它们需要彼此交换信息，而其他区域没有，”麻省理工学院大脑和认知科学系的研究成员劳拉·刘易斯说，她是今天发表在杂志上的新研究的主要作者之一eLife．
研究人员说，当睡眠不足的人在努力保持清醒的同时经历短暂的“走神”感觉时，大脑中发生的事情可能也与TRN有关。
这篇论文的另一位第一作者是麻省理工学院大脑和认知科学专业的研究生雅各布·福格茨(Jakob Voigts)。资深作者是Emery Brown，麻省理工学院医疗工程和计算神经科学的Edward Hood Taplin教授，马萨诸塞州总医院的麻醉师，以及纽约大学的助理教授Michael Halassa。其他作者是麻省理工学院的研究附属机构弗朗西斯科·弗洛雷斯和马修·威尔逊，神经生物学谢尔曼·费尔柴尔德教授和麻省理工学院学习与记忆皮考尔研究所的成员。
局部控制
到目前为止，大多数睡眠研究都集中在睡眠的全局控制上，当整个大脑沉浸在慢波中时，就会发生这种情况。慢波是指当一组神经元在短时间内处于沉默状态时产生的大脑活动振荡。
然而，最近的研究表明，睡眠不足的动物在清醒时，大脑的部分区域会表现出慢波，这表明大脑也可以在局部水平上控制警惕性。
刘易斯说，麻省理工学院的研究小组开始研究TRN对警觉性或嗜睡的局部控制，因为TRN的物理位置使其在睡眠中发挥着完美的作用。TRN像一个外壳一样包围着丘脑，可以充当进入丘脑的感觉信息的守门人，然后丘脑将信息发送到皮层进行进一步处理。
利用光遗传学(一种允许科学家用光刺激或沉默神经元的技术)，研究人员发现，如果他们对清醒小鼠的TRN进行弱刺激，大脑皮层的一小部分就会出现慢波。随着更多的刺激，整个皮质显示出慢波。
“我们还发现，当你在大脑皮层诱导这些慢波时，动物开始表现出昏昏欲睡的行为。他们会停止走动，肌肉张力会下降，”刘易斯说。
研究人员认为，TRN微调了大脑对局部大脑区域的控制，增强或减少某些区域的慢波，以便这些区域可以相互交流，或诱导一些区域在大脑非常困倦时变得不那么警觉。这也许可以解释当人类睡眠不足，暂时走神而没有真正入睡时，会发生什么。
“我倾向于认为这是因为大脑开始过渡到睡眠，一些局部的大脑区域即使你强迫自己保持清醒，你也会昏昏欲睡，”刘易斯说。
自然睡眠和全身麻醉
了解大脑如何控制唤醒可以帮助研究人员设计新的睡眠和麻醉药物，创造一个更类似于自然睡眠的状态。刺激TRN可以诱导深度、非快速眼动睡眠状态，Brown和同事此前的研究发现了一个启动快速眼动睡眠的回路。
布朗补充说:“TRN富含突触——大脑中的连接——释放抑制性神经递质GABA。因此，TRN几乎肯定是许多麻醉药物的作用部位，因为大量麻醉药作用于这些突触，并产生慢波作为它们的特征之一。”
刘易斯和他的同事此前的研究表明，与慢波睡眠不同，慢波睡眠波在全身麻醉的情况下，这些药物的作用是不协调的，这说明了为什么这些药物会损害大脑中的信息交换并产生无意识。
