科学家发现人类大脑生物钟基因

时间:14-08-20 栏目:科学 作者:zhu 评论:0 点击: 696 次

再悉心的照料,再软的枕头,再舒服的光子浴,都不能让那些周游世界的土豪逃离时差的折磨。

然而,最近的一项研究宣称科学家找到了一种强而有效的方式来解决这个问题:他们发现了一种可以修改睡眠周期主导基因的药物,来帮助这些憔悴的旅行者调整时差。不仅如此,所有的睡眠问题都可能得到解决。

有Lhx1才有时差反应
机体中每个细胞都存在一种特殊的“生物钟”,即一种含量丰富的蛋白质,其水平可以随着时间有节律地升高或降低,负责建立循环生理节律及维持机体细胞同步的主时钟位于大脑下丘脑的视交叉上核中。视交叉上核(SCN)是大脑下丘脑中一块较小的紧密型区域,该区域包含有大于2万个神经元细胞。

索尔克生物研究所(是坐落在美国加州南部拉霍亚的一个独立非营利科学研究机构,是美国生命科学领域成果最多、质量最高的研究机构之一)的科学家确认了一种叫做Lhx1的基因,这种基因掌管着我们大脑中相当于主时钟的区域;它掌管着大脑昼夜轮休的节奏以及控制着光觉感受器,来使我们每天都觉得井井有条。正常情况下,Lhx1控制的大脑细胞都是同步活动的,这样就使得他们对光源的变化有很强的抵抗性。昼夜突变会引起时差反应的原因就在于这种细胞的刚性。

Lhx1较少适应性更强
研究者们发现这种细胞在缺乏Lhx1基因的动物体内同步性更差,于是他们在小白鼠身上测试了Lhx1在时差反应中的表现(这些小鼠并不会进行真正的旅行,研究者们只是在它们的昼夜周期中错开了8个小时),还比较了其他小鼠SCN中成千上万个基因的表达情况,最终发现有213个基因对SCN较为特殊,通过进一步筛选,研究人员最终发现了仅有一个基因(即Lhx1)对光的反应处于抑制状态。他们发现体内Lhx1较少的小鼠更快地适应了环境,它们的神经元同步性比较差,这就使得它们能更快地适应新的日程。

睡眠问题能有效解决
这项研究为研究人员开发细胞再生疗法来恢复SCN的功能以及改善睡眠障碍提供了新的研究思路,目前研究者们已整理了相关的基因表达数据,随后他们将继续研究来揭示SCN和其他组织中控制昼夜节律钟的基因的表达效应。

找到一种可以降低Lhx1或是Lhx1控制的激素含量的药物,无疑是药物生产者的一个巨大进步,这意味着所有的睡眠问题都可以得到妥善解决。有些研究表明,睡眠周期的问题可能导致肥胖、心理疾病以及其他各种疾病,所以,有些医生并不推荐那些治疗时差反应和倒班症的药物,且之前在催醒丸上的尝试还都不如咖啡因有效。到目前为止,这些东西还有可能令人上瘾,或是有潜在的致命危险。

人类生物钟 周期是24小时18分
人类的生物钟同时钟并不同步。日本科学家曾发表研究论文说,他们发现人类生物钟的周期是24小时18分。而其它动物和植物的这种生物钟与时钟差距更明显,一些动物的生物钟周期是23小时至26小时,而植物是从22到28小时。

研究者还用计算机做了一个模拟生物钟进化的实验。实验证明,那些对竞争最有利的生物钟周期的确是接近24小时,但又不是特别接近。以鸟儿为例,如果它严格按照时钟作息的话,那么当它每天早上醒来觅食时会发现,树上的虫子已经被先飞入林的鸟儿吃得差不多了。

大脑存在多重时钟 现实版声画不同步
光和声音以不同的速度传播,当某人说话时,视觉输入和声音输入会在不同的时间到达我们的眼睛和耳朵。接着这样的信号在大脑里以不同的速率进行处理。尽管如此,我们能够即时同步的感受这一切的发生。

然而,当67岁的PH在手术后就开始经历声画不同步的生活。PH回忆道:“我对女儿说,你必须处理好那两台电视机,”然后PH意识到他在自己下巴还没移动时就听到了自己的声音。对他的脑部扫描显示,在听力、计时和移动中起着重要作用的大脑区域存在两处损伤。

为查明具体原因,英国伦敦城市大学的埃利奥特·弗里曼和同事进行了一项时间顺序判断测试。PH被展示了一系列人们说话的视频剪辑,并被询问那些画面中声音出现在嘴唇运动之前或之后。为了让他感觉声画同步,研究人员必须在嘴唇运动前200毫秒提前播放声音。

弗里曼表示这暗示着外部世界的相同时间是由大脑的不同部分感知,且发生在不同的时间。大脑中其实存在很多时钟———在这项实验中出现了两个时钟。在PH的例子里,至少一个时钟因这些脑损伤被严重的减慢了。PH的时间差异可能非常大,且发生得非常明显以至于无法忽视。他可能只能感知到其中一个时钟,因为这是唯一一个他有意识感知到的。

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