天气热为啥容易犯困？Cell子刊论文揭示背后的原因

夏日炎炎总是令人昏昏欲睡，常有疲倦无力感。「唐宋八大家」之一的诗人柳宗元曾写道：南州溽暑醉如酒，隐几熟眠开北牖，形象生动地展现了盛夏之时人们因暑热困倦得如同喝醉一般的状态。

那么，人们春乏秋困夏打盹背后的深层次生理原因是什么呢？

美国西北大学温伯格艺术与科学学院的 Marco Gallio 团队在 Current Biology 期刊发表了题为：A thermometer circuit for hot temperature adjusts Drosophila behavior to persistent heat 的研究论文。

该研究以与人类联系密切的果蝇作为模式动物，发现果蝇已经被设定好了在中午小睡的生理程序。该程序由果蝇体内起到「温度计」作用的内部交流传感器主导，这个位于果蝇大脑中的内部传感器与果蝇优选生存范围以上的温度（25℃）成比例地持续活动，靶向驱动果蝇大脑中的昼夜节律神经元，进而调节白天的睡眠以适应炎热环境。

以果蝇为模型，证明温度影响生物睡眠

温度影响着人类行为的跨度，从饮食、活动水平到睡眠-觉醒周期，均与其息息相关。在夏天，人们可能很难入睡，在寒冷的早晨起床也会很困难。但是大脑感觉神经元和控制该循环的神经元之间的联系还不完全清楚。

果蝇具有简约但不简单的中枢神经系统，与哺乳动物的睡眠调控机制在分子水平上高度保守，在神经环路调控上具有类似性，从 2000 年起果蝇便成为了睡眠研究的重要模式生物。

此外，果蝇（Drosophila）通过与人类形成密切的联系，它最喜欢的生存温度（25℃）与大多数人类是一致的。它们不会像人类那样破坏本能选择熬夜，还允许研究人员光和温度等外部因素对细胞通路的影响，是研究「我们为什么睡觉」、「睡眠对大脑有什么作用」等问题的一个良好模型。

工欲行其事, 必先利其器。为了解释果蝇的睡眠和活动模式如何适应特定温度条件，研究人员们历时 10 年，首次绘制了第一张完整的动物（果蝇）神经连接图谱，其被称为「连接体」。通过该连接体的图谱，果蝇约 10 万个脑细胞中每个脑细胞的所有可能的大脑连接，被研究人员尽收眼底。

该团队在前期研究中发现，果蝇体内中存在一个专门的「低温温度计」回路，可根据低温选择性调节白天睡眠。

该电路由果蝇的冷激活热感觉受体神经元（TRNs）和一种感知寒冷的神经细胞 TPN-II 组成。当环境温度低于 25℃，即低于果蝇的舒适温度时，这种感知寒冷的神经细胞就会持续活跃，进而抑制由光线促进清醒的神经网络。而且，气温越低，信号越密集。为「大冬天为什么起床困难」这一问题找到了科学解释。

果蝇大脑中存在独特的高温调节温度计

那么，果蝇大脑中是否存在用于高温条件下的「温度计」电路？本研究首次确定了位于果蝇头部的「绝对热量」感受器。这种感受器位于大脑连接体中的 AC 神经元（ACs），通过驱动果蝇大脑中的昼夜节律神经元 LPNs, 会对超过 25℃ 的温度做出反应，在果蝇体内起到温度计的作用。

ACs 和 LPNs 通过感知高温共同调节白天的睡眠结构。当温度超过 25℃ 时，LPNs 的放电持续增加，并随着温度的增长变得更加活跃。这一方面取决于 ACs 的兴奋性驱动，同时还受到另一类接收热传感器神经元 TPN-IV 的驱动。

当热回路活跃时，促进午间睡眠的目标细胞会更长时间地发挥作用。这导致了果蝇中午睡眠时间的增加，使得果蝇远离一天中最热的时间。

总之，AC/LPN 与冷回路并联运行，允许果蝇选择热/冷睡眠时间和状态调整。

这一结果符合研究人员基于此前关于果蝇「低温温度计」回路的研究结果所提出的猜想：接收热量信息的大脑神经元是调节睡眠的系统的一部分。

该研究的通讯作者 Marco Gallio 认为：「不同的热与冷的回路是有意义的，因为热与冷的温度对生理和行为的影响是完全不同的」。他们希望找出果蝇大脑中神经元冷回路和热回路的共同作用靶标，以发现它们是如何影响睡眠的。

随着全球气候变暖和极端高温的出现，人体更可能出现睡眠质量下降、免疫力下降的情况。因此，了解环境温度调控睡眠的神经机制对于捍卫人类健康至关重要。

2021 年，来自东南大学的韩俊海研究团队也曾对环境温度调控睡眠的神经机制进行了探索，研究成果发表在 Current Biology 杂志。该研究揭示了介导温度调控睡眠的神经环路，解答了「为什么会被热醒」这一问题。

该研究首次揭示了 AC-DN1p-PI 神经环路介导的感知环境温度上升，释放 CNMa 神经肽信号，进而促进夜晚觉醒的调控过程。

对温度的感知是生物的一种基础感知方式，研究人员在果蝇大脑中发现的机制，很可能同样适用于人类。人们可能会选择在炎热的天气里睡午觉，在世界的某些地方，这是一种文化常态。但在果蝇身上，我们观察到了一种非常强大的潜在生物学机制，果蝇被预先编程为在炎热的中午打盹，而这种机制在人类中可能被忽视了。

Marco Gallio 表示，接下来他们团队将致力于找出冷回路和热回路的共同靶点，以确定这个靶点如何影响睡眠。并且将继续探索温度对行为和生理的长期影响，以了解全球变暖对物种生存的影响。

参考资料：

1. Michael H. Alpert, Hamin Gil, Alessia Para, Marco Gallio. A thermometer circuit for hot temperature adjusts Drosophila behavior to persistent heat. Current Biology, 2022; DOI: 10.1016/j.cub.2022.07.060

2.  Michael H.Alpert et al., A Circuit Encoding Absolute Cold Temperature in Drosophila. Current Biology, 2020; DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.04.038

3. Jin X, Tian Y, Zhang ZC, Gu P, Liu C, Han J. A subset of DN1p neurons integrates thermosensory inputs to promote wakefulness via CNMa signaling. Curr Biol. 2021;31(10):2075-2087.e6. doi:10.1016/j.cub.2021.02.048