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Nature：空腹睡觉，记忆力差？研究揭示食物决定睡眠巩固记忆的机制

2020
12/08
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生物世界
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饥饿会影响睡眠的记忆巩固功能


来源：神经周刊


饿的时候做梦都想着吃东西，其实大脑是在巩固与食物有关的记忆。睡眠最常见的功能就是巩固记忆。  从进化的观念点上 ，这种增强的记忆在觉醒期促进觅食行为，这对于生存至关重要  。在正常情况下，果蝇的睡眠-觉醒周期是稳定的，但是在长期饥饿的状态下，宁愿不睡觉也要去寻找食物。事实上，人也是如此。

在饥饿的时候，睡眠中大脑什么都不想干，连本职工作  （巩固记忆）  都做不好，就想着吃的；相反，在正常状态下睡眠继续坚守岗位，巩固记忆。在这个过程中，大脑究竟发生了什么？

2020年12月3日，宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院 Amita Sehgal 研究团队在 Nature 杂志发表论文，利用果蝇揭示了调控大脑的记忆巩固是如何在饥饿和饱食状态下转换的神经环路。


吃饱和空腹状态下果蝇的记忆能力差别

研究人员将果蝇放在管壁中给与气味A的同时给与糖溶液奖励，给与气味B的同时给与水溶液，训练一段时间后，将气味A和气味B进行调换，在训练期间进行正常的睡眠。在果蝇饱腹的状态下，经过训练的果蝇呆在糖溶液的试管中睡眠的时间明显多于未经训练的果蝇。而在饥饿的果蝇中并不存在这种差异，即便睡得再多，并不会巩固记忆功能。这就表明  饥饿会影响睡眠的记忆巩固功能  。

然而在进行6小时的睡眠剥夺后，即便是吃得饱饱的果蝇长期记忆功能也会出现障碍，而这种睡眠剥夺并不影响饥饿果蝇的记忆功能。这更进一步表明吃饱后睡眠促进记忆的巩固。

果蝇蕈形体在气味相关的记忆中发挥关键作用, 成年果蝇蕈形体由2500个固定的Kenyon cell组成.这些Kenyon cell进一步被细分为α/β, α′/β′ 和 γ型神经元,其中α′/β′型神经元与食物相关的记忆相关.然而在发育过程中α′/β′型神经元在空间上分为α′/β′m（内侧）和α′/β′ap（前-后侧）神经元。


阻断饥饿果蝇α′/β′m神经元活性明显降低长期记忆能力,但对饱食果蝇并无影响; 阻断饱食果蝇α′/β′ap神经元活性后长期记忆能力出现障碍,但对饥饿果蝇并无影响。

此外,进一步通过钙成像技术发现饥饿果蝇在接受气味识别记忆训练后α′/β′ap神经元活性降低, α′/β′m神经元活性增加,而在饱食果蝇中训练后α′/β′m神经元活性降低.这些结果表明食物影响果蝇对巩固食欲记忆的神经回路的选择。

上述神经环路是否影响睡眠？热激活  （将温度从25度提高到32度）  α′/β′ap神经元后促进果蝇睡眠质量，但在热激活α′/β′m神经元后果蝇的睡眠减少。表明这两类神经元可能在睡眠中发挥相反的作用。

但是正常状态下阻断α′/β′m神经元或α′/β′ap神经元活性对果蝇的睡眠几乎没有影响。存在一种可能：这两种神经元对睡眠的调控可能与食物有关。

研究人员发现阻断α′/β′ap神经元，经过气味相关的食物线索训练后果蝇的睡眠增加。在睡眠剥夺后该类型神经元活性降低，这就解释了睡眠剥夺后即便吃饱了记忆巩固能力也受损。

总的来说，本文揭示了在饥饿状态和饱腹状态下睡眠依赖和睡眠非依赖的记忆巩固的神经环路机制。

这也提醒了我们，吃饱了不睡觉记忆得不到巩固，饿着肚子睡觉也不能促进记忆的巩固，只有吃饱了睡觉才能更好的学习。

论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2997-y

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关键词:
空腹,记忆力,Nature,神经元,果蝇,记忆,睡眠,神经环路

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