一項關於果蠅的研究揭示了一種促進在熱天中午打盹的腦迴路。你可能會發現自己在最熱的夏日裡在中午時分不知不覺睡著了。在世界的一些地方，在一天中最熱的時候安排”午睡”和關閉商店是一種習慣。事實上，生物學–不僅僅是文化–可能是造成這種情況的原因。
人類行為受到溫度的全面影響，包括飲食和活動水平以及睡眠-覺醒周期。在夏天，我們可能難以入睡，而在冬天，我們可能需要更長的時間才能下床。然而，感覺神經元和控制這一周期的神經元之間的關係並不十分清楚。
西北大學的神經生物學家已經發現了一些暗示，知道在這過程中發生了什麼。根據剛剛發表在《當代生物學》上的一項新研究，果蠅在生物學上被設定為在一天中打盹。這篇新論文是他們在2020年發表的《生物學》雜誌的後續文章，該雜誌發現了一個專門在寒冷條件下活躍的大腦溫度計，並研究了一個類似於高溫下的”溫度計”電路。
蒼蠅打盹
在這個實驗中，蒼蠅被預設為在中午進行午睡。資料來源：加利奧實驗室/西北大學
溫伯格文理學院的神經生物學副教授Marco Gallio說：”溫度的變化對人類和動物的行為都有很大影響，並為動物提供了一個提示，即是適應季節變化的時間。溫度對睡眠的影響可能相當極端，一些動物決定睡掉整個季節–想想冬眠的熊–但介導溫度和睡眠中心之間互動的具體腦迴路在很大程度上仍未被描繪出來。”
該研究的主要作者Gallio指出，果蠅是研究”我們為什麼要睡覺”和”睡眠對大腦有什麼作用”等重要問題的一個特別有用的模型，因為它們不會像人那樣試圖擾亂本能，例如當他們熬夜學習時。它們還使研究人員有可能調查生物途徑如何受到光和溫度等外部線索的影響。
保持更長時間的細胞
這篇論文首次確定了蒼蠅頭部的”絕對熱”受體，它們對高於約77華氏度（25攝氏度）的溫度做出反應–這是蒼蠅最喜歡的溫度。事實證明，常見的實驗室果蠅（Drosophila）通過與人類形成密切的聯繫，幾乎已經出現在地球的任何角落，不足為奇的是，它最喜歡的溫度也與許多人類的溫度相符。
正如他們根據之前關於低溫的論文結果所預期的那樣，研究人員發現，接受熱信息的大腦神經元是調節睡眠的更廣泛系統的一部分。當與冷電路平行的熱電路活躍時，促進午間睡眠的目標細胞會保持更長的時間。這導致了午間睡眠的增加，使蒼蠅遠離一天中最熱的部分。
這項研究是由一項為期10年的倡議促成的，該倡議產生了第一個完整的動物（蒼蠅）神經連接圖，稱為連接組。有了連接組，研究人員可以進入一個計算機系統，告訴他們蒼蠅的每一個~10萬個腦細胞的所有可能的大腦連接。然而，即使有了這個極其詳細的路線圖，研究人員仍然需要弄清楚大腦中的信息是如何從A點到B點的，這篇論文有助於填補這一空白。
加利奧認為，高溫與低溫的不同電路是有道理的，因為”高溫和低溫對生理和行為的影響截然不同”，他說。這種分離也可能反映了基於地球冷熱循環的進化過程。例如，睡眠的大腦中心可能在人類中被特定的感覺迴路直接鎖定，這種可能性現在可以根據這項工作進行研究。
接下來的步驟
接下來，Gallio的團隊希望弄清楚冷和熱迴路的共同目標，以發現各自如何影響睡眠。
“該論文的第一作者、Gallio實驗室的博士后研究員Michael Alpert說：”我們確定了一個神經元，它可能是冷熱溫度對果蠅睡眠和活動影響的一個整合點。”這將是有趣的後續研究的開始”。
Gallio補充說，該團隊有興趣研究溫度對行為和生理的長期影響，以了解全球變暖的影響，看看物種對變化的適應性如何。
“人們可能會選擇在熱天午睡，在世界的某些地方，這是一種文化規範，但你選擇什麼，什麼是編入你的？當然，這不是蒼蠅的文化，所以實際上可能有一個非常強大的潛在生物機制，在人類中被忽視了。”