伊利諾伊州埃文斯頓——冬天可能已經(jīng)過去，但你還記得在寒冷黑暗的日子里醒來的挑戰(zhàn)嗎？溫度會影響幾乎所有生物的行為，但關于感覺神經(jīng)元和控制睡眠-覺醒周期的神經(jīng)元之間的關系，還有很多東西需要了解。
西北大學的神經(jīng)生物學家發(fā)現(xiàn)了這一行為背后的線索。在對果蠅的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個“溫度計”電路，它可以將外界寒冷溫度的信息從果蠅的天線傳輸?shù)礁叩拇竽X。他們展示了在這個周期中，季節(jié)性寒冷和黑暗條件如何抑制果蠅大腦中的神經(jīng)元，從而促進活動和覺醒，尤其是在早上。
溫伯格文理學院神經(jīng)生物學副教授凱爾加羅德(Kyle Gariod)說：“這有助于解釋為什么——對于蒼蠅和人來說——在冬天的早晨很難像這樣醒來?！薄巴ㄟ^研究果蠅的行為，我們可以更好地理解溫度對于調節(jié)睡眠是如何以及為什么如此重要?！?
這項研究由Gallio領導，在果蠅身上進行，今天(5月21日)發(fā)表在《當代生物學》雜志上。
本文首次描述了駐留在蒼蠅天線中的“絕對冷”感受器，它只對低于蒼蠅“舒適區(qū)”(大約華氏77度)的溫度作出反應。在識別出這些神經(jīng)元后，研究人員跟蹤它們，直到它們到達大腦中的目標。他們發(fā)現(xiàn)，這些信息的主要接受者是一小部分大腦神經(jīng)元，它們是控制活動和睡眠節(jié)奏的更大網(wǎng)絡的一部分。當他們發(fā)現(xiàn)的冷回路活躍時，通常由晨光激活的目標細胞將被關閉。
它是果蠅晝夜節(jié)律生物學的經(jīng)典模型系統(tǒng)，其中研究人員研究了控制我們24小時休息和活動周期的機制。目前，大量工作集中在外部線索(如光和溫度)的變化如何影響活動和睡眠的節(jié)奏，以及線索如何到達控制這些反應的特定大腦回路。
雖然環(huán)境溫度的檢測對小“冷血”果蠅來說非常重要，但人類仍然是舒適的動物，不斷尋求理想的溫度。人類尋求最佳溫度的部分原因是核心和大腦溫度與誘導和維持睡眠密切相關。陽光和溫度的季節(jié)性變化也與睡眠的變化有關。
Gariod說：“溫度感應是最基本的感覺方式之一?！彼膱F隊是世界上少數(shù)系統(tǒng)研究果蠅溫度感應的人之一?！拔覀冊谏n蠅大腦中發(fā)現(xiàn)的原則——邏輯和組織——可能永遠與人類的原則相同。無論是蒼蠅還是人類，感覺系統(tǒng)都必須解決同樣的問題，所以它們經(jīng)常在大腦中這樣做。同理。"
加里奧是這篇論文的通訊作者。Gallio實驗室博士后研究員Michael H. Alpert和前博士生Dominic D. FrankGallio是本文的共同第一作者。
“睡眠不足的后果是多方面的——疲勞、注意力不集中、學習障礙和許多健康參數(shù)的變化——但我們?nèi)匀粵]有完全理解睡眠是如何在大腦中產(chǎn)生和調節(jié)的，以及外部條件如何影響睡眠驅動因素和質量?！卑栫晏卣f。
這項研究是多年努力的結果，由Gallio實驗室各個階段的科學家組成，他們的職業(yè)從本科生到首席研究員不等。
弗蘭克說：“研究大腦的活動非常重要。”"我們的發(fā)現(xiàn)證明了功能研究在理解大腦如何控制行為方面的重要性."
一般來說，這項研究在很大程度上依賴于研究神經(jīng)元活動以及這些神經(jīng)元對行為的影響的能力。為此，研究人員開發(fā)了新的工具，并將功能和解剖學研究、神經(jīng)遺傳學和行為監(jiān)測方法結合起來，在野生型和轉基因果蠅中進行這些實驗。
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