科学家们发明一种方法控制果蝇睡眠的时间安排和持续时长，发现睡眠有助于形成长期记忆

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生命最伟大的未解决的难题之一：我们为什么要睡眠[1]？

如今，研究人员已设计了一种工具来帮助回答这种问题---一种允许科学家们诱导果蝇睡眠，因而来研究睡眠的正面影响，而不是像大多数睡眠研究那样只是简单地剥夺实验对象的睡眠来研究它的负面影响。

利用这种方法，来自圣路易斯华盛顿大学的科学家们已发现睡眠促进果蝇长期记忆的形成。这些结果[2]于本周发表在Science杂志上，也是第一次从实验上将两种在睡眠研究上看似不一致的理论统一在一起。

德国卢贝克大学(University of Lubeck)的一名著名的睡眠研究人员Jan Born(未参与这项研究)说，“这就是未来希望所在”，“我们需要一种方法，一种方式，或者一种工具来从实验上诱导睡眠。”

来自华盛顿大学的该项研究的主要研究人员Paul Shaw说，“现在我们问一些我们以前不能够问的问题”，“我认为很多人将会以非常令人神奇的方式使用这种工具”。

Born说，研究睡眠的最为常见的方法---剥夺实验对象的睡眠，然后试着推断睡眠的功能，这“不是逻辑法”。他解释道，缺乏睡眠会导致应急反应(stress response)，这会遮盖或模糊实验结果。“诱导睡眠或增强睡眠的能力在这个领域里是非常比较有意义的，而且也能更加显著性地产生显著性的结果。”

为了在果蝇上诱导睡眠，Shaw和他的研究小组研究一种在称作背侧扇形体(dorsal fan-shaped body)的大脑部分中表达细菌钠通道的果蝇物种。当这种通道打开时，它使得这一区域的神经元更加容易兴奋，从而给大脑剩余部分发送入睡的信号。为了使得果蝇在预定的时间睡眠，研究小组改造这种通道为温度敏感性的通道，这样它只能在31摄氏度打开---比正常的果蝇室温高6度。因而，研究小组能够仅仅通过加热的方式让果蝇睡眠。他们也能够根据需要让这些果蝇苏醒过来，使用一种器具推动这种昆虫，让他们行走起来。

为了确定睡眠在果蝇上的影响，研究小组设计了实验来测试两种主导性的理论：突触动态平衡(synaptic homeostasis)，即神经元间联系在苏醒时增强，而在睡眠时减弱，从而修剪掉一天当中当中创建的突触，因而只留下有那些最强的突触间联系保持完好；和记忆强化，即睡眠的目的是重放和强化昨天的记忆，激活某些突触间联系从而使得它们变得更加健壮。

为了测试突触动态平衡理论，将果蝇放置在社会丰富的环境中，跟大量其他的苍蝇在一起。随后，研究人员要么诱导果蝇睡眠，要么不诱导它们入睡，然后教它们一种求偶仪式(courtship ritual)。在经历丰富的社会环境后很快入睡的果蝇对那种意义形成了长期的记忆；而那些没有入睡的果蝇则没有保持这种记忆。这些研究结果支持这种理论，表明突触在遭受唤醒、刺激，和修剪以便为形成新的记忆腾出空间之后，睡眠是让突触重新进入正常状态所必不可少的。本周发表在Science杂志上的第二篇论文[3]也为这种突触动态平衡理论模型提供了另外的证据。

Shaw的研究小组然后通过利用设计的一个程序来培训果蝇让它们形成短期记忆的方式，来测试记忆强化理论。令人吃惊的是，当培训之后马上诱导果蝇入睡之后，果蝇能能持续几天而不是仅仅几个小时保持记忆---支持记忆强化理论模型，即睡眠强化突触间联系和记忆。

Born说，“就我所知，这是第一次通过实验证实这两种理论得到数据的支撑”，“两种过程能够同时发生......其中一种过程能缓解大脑因太多突触间联系而带来的压力和另一种过程则维持和增强长期的记忆”。

1. Kelly Rae Chi, “Disappearing Before Dawn”, The Scientist, 2009-04-01, Vol 23(4), Page: 34.

2. J. Donlea, et al., “Inducing sleep by remote control facilitates memory consolidation in Drosophila,” Science, 332:1571-1576, 2011.

3. Daniel Bushey et at., “Sleep and Synaptic Homeostasis: Structural Evidence in Drosophila”, Science, 332:1576-1581, 2011.