熬大夜后为什么会一觉睡到下午？Science：新研究确定了帮助大脑偿还睡眠负债的神经元簇

在这个快节奏的时代，睡眠仿佛成了奢侈品。有多少个夜晚，我们在灯火通明中奋斗，或在繁华街头畅玩，直到凌晨才拖着疲惫身躯入睡。还记得那些通宵后的白天吗？仿佛身体被按下了 “深度睡眠” 按钮，一觉睡到下午，这种酣睡正是身体在偿还睡眠负债。可你有没有想过，大脑是如何感知到我们缺觉，又是怎样开启 “补偿模式”，让我们进入深度睡眠的呢？

今天，咱们就来揭秘一篇新鲜出炉的研究，看看科学家们如何破解睡眠的 “神经密码”。

实验对象与流程

科学家们以小鼠为实验对象，通过一系列前沿实验技术展开了这场神经回路的 “寻宝之旅”。他们利用鼠脑内的丘脑腹侧背侧核（RE）神经元，借助狂犬病毒介导的单突触逆向追踪技术，从 11 个已知的促进非快速眼动睡眠（NREM）的神经核团出发，寻找那些能投射到多个下游 NREM 促进核团的上游神经元集群。经过层层筛选，锁定了丘脑腹侧背侧核（RE）中的一群兴奋性神经元。

在验证 RE 神经元功能的实验中，研究人员采用了化学遗传学和光遗传学技术。化学遗传学激活 RE 神经元后，小鼠的 NREM 睡眠时长和深度显著增加，且在激活前几小时，小鼠还出现了梳理毛发、筑巢等睡眠预备行为。光遗传学实验更是生动直观地展现了 RE 神经元的作用：当用光脉冲短暂刺激 RE 神经元后，小鼠在 20 分钟左右的延迟后，进入了持续约 1 小时的深度 NREM 睡眠，这种睡眠更连续、更深沉，与睡眠剥夺后的恢复性睡眠极为相似。这关键的延迟期，恰是小鼠进行睡眠预备活动的时段。

进一步地，在睡眠剥夺实验中，研究人员通过慢性 Neuropixels 录制技术，实时监测小鼠在睡眠剥夺及恢复睡眠期间 RE 神经元的活动。结果发现，RE 神经元在睡眠剥夺期间活动增强，而在恢复睡眠时则活性降低。当通过化学遗传学抑制睡眠剥夺期间的 RE 神经元活性时，小鼠后续的恢复性睡眠时长、连续性和深度均大打折扣，这有力地证实了 RE 神经元在感知睡眠需求及调节恢复性睡眠中的关键角色。

实验结果及讨论

随着研究深入，科学家们发现 RE 神经元投射到多个促进 NREM 睡眠的核团，其中与腹侧被盖区（ZI）的神经元联系紧密。睡眠剥夺会诱导 RE-ZI 通路发生神经可塑性变化。实验中，睡眠剥夺后 RE 神经元的树突棘数量在 ZI 区域显著增加，神经元之间的连接更加紧密，兴奋性突触传递得到增强。这种可塑性变化的程度与后续恢复性睡眠的量直接相关，就像一把精准的 “分子标尺”，衡量着睡眠需求。更令人振奋的是，这种可塑性变化依赖于钙 / 钙调蛋白依赖性蛋白激酶 II（CaMKII）信号通路。当抑制 RE 神经元中的 CaMKII 活性时，RE-ZI 通路的可塑性变化减弱，睡眠剥夺引发的恢复性睡眠也随之减少。

这些成果不仅解释了睡眠剥夺后深度睡眠反弹的神经机制，还揭示了睡眠需求的分子和细胞基础。RE 神经元就像是睡眠调节的 “神经司令部”，在睡眠缺失时，通过增强自身活性和与下游神经元的连接，下达 “深度睡眠” 的指令，为身体和大脑提供恢复的良机。而 CaMKII 则是这场神经重塑的 “幕后工程师”，精准调控着睡眠需求信号的传递与放大。

小结

综上，该项研究让我们明白，睡眠不是简单的 “开 - 关” 过程，而是一套精妙绝伦的神经网络在动态调控。从 RE 神经元的发现，到 RE-ZI 通路可塑性的揭示，再到 CaMKII 信号通路的阐明，每一个发现都如同拼图的一块，拼凑出睡眠调节的完整图景。

未来，我们有望基于这些成果开发出精准治疗睡眠障碍的方法，让那些在黑夜中辗转反侧的人们，能够顺利用深度睡眠为身体 “充电”~（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Sang Soo Lee et al, Sleep need-dependent plasticity of a thalamic circuit promotes homeostatic recovery sleep, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adm8203.