IT之家 9 月 3 日消息，睡眠或許不只是大腦的休息方式，更可能是維持人體能量系統(tǒng)正常運轉的必要環(huán)節(jié)。牛津大學研究人員在《自然》雜志發(fā)表的一項新研究表明，大腦細胞內微小能量產生結構中積累的電應力（electrical stress），是驅動我們產生睡眠需求的原因。

這一發(fā)現為生物睡眠需求提供了明確的生理解釋，有望重塑科學界對睡眠、衰老及神經系統(tǒng)疾病的認知。

據IT之家了解，該研究團隊由牛津大學生理、解剖與遺傳學系（DPAG）的格羅?米森博克教授，以及牛津大學神經回路與行為中心的拉斐爾?薩爾納塔羅博士牽頭。他們發(fā)現，當大腦感知到能量出現輕微失衡時，睡眠機制便會被觸發(fā)，而這一過程的核心在于線粒體 —— 這種微小的細胞器能將氧氣和食物轉化為可利用的能量。

研究人員以果蠅為實驗對象，觀察其體內負責調節(jié)睡眠的特定神經元。結果發(fā)現，當這些神經元中的線粒體負荷過重時，會開始出現電子泄漏。這種泄漏會產生名為“活性氧”的有害副產物，而泄漏本身則會成為一種信號，迫使大腦進入睡眠狀態(tài)，從而在細胞損傷進一步擴散前恢復能量平衡。

薩爾納塔羅博士表示：“線粒體不能泄漏過多電子。一旦泄漏過量，就會產生損害細胞的活性分子。”

研究團隊還發(fā)現，這些特殊的神經元功能類似“斷路器”：它們持續(xù)監(jiān)測線粒體的電子泄漏情況，當泄漏量達到臨界閾值時，便會觸發(fā)睡眠。通過調整這些細胞處理能量的方式 —— 無論是增加還是減少電子流動 —— 研究人員能夠直接控制果蠅的睡眠時間。

即便用光能（借助從微生物中提取的蛋白質）替代電子，也會產生相同效果：能量越多，泄漏越嚴重，睡眠需求也越高。

米森博克教授指出：“我們最初的目標是弄清楚睡眠的作用，以及人類為何會產生睡眠需求。盡管經過數十年研究，科學界始終未能找到明確的生理觸發(fā)因素。而我們的研究表明，答案可能就存在于為人體供能的核心過程 —— 有氧代謝之中。在特定的睡眠調節(jié)神經元里，我們發(fā)現當能量供應過剩時，細胞的‘能量工廠’線粒體就會發(fā)生電子泄漏。當泄漏量過大，這些神經元就會像斷路器一樣，觸發(fā)系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)，以避免能量過載。”

這一發(fā)現也有助于解釋代謝、睡眠與壽命之間的已知關聯。體型較小的動物每克體重消耗的氧氣更多，它們往往睡得更多，壽命也更短。而患有線粒體疾病的人類，即便沒有進行體力活動，也常感到極度疲勞，如今這種現象或許能通過同一機制得到解釋。

薩爾納塔羅博士總結道：“這項研究解答了生物學領域的一大謎題 —— 我們?yōu)楹涡枰撸看鸢杆坪蹙吞N含在細胞將氧氣轉化為能量的基本方式之中。”