睡眠通常被认为是一种两极状态：大脑要么完全清醒，要么深度睡眠。然而，麻省理工学院的神经学专家发现了一条大脑回路，能引发其小部分区域进入睡眠或放松警惕，而其他部分则保持清醒。

这条回路始于丘脑网状核这一大脑结构（TRN），它先将信号传递给丘脑组织，再传递给大脑皮层，诱导产生小部分深度睡眠时表现的缓慢、波动的脑波特征。人在昏迷和全身麻醉时，也会产生慢波，这与苏醒缓慢密切相关。丘脑网状核活动频繁，因而整个大脑就被这些波动完全控制。

研究人员相信，通过协调不同脑部结构间的慢波，允许各个脑部结构更容易共享信息，或许丘脑网状核就能帮助大脑加强记忆。

“在睡眠中，或许大脑特定的区域也会同时产生慢波，因为他们需要彼此交换信息，而其他区域则不会如此，”Laura Lewis这样说到。Laura Lewis是麻省理工学院大脑及认知科学部门的一员，同时也是这项新研究的主要作者之一。而该研究被刊登在今日的Elife杂志上。

研究人员表明，当睡眠不足者的知觉陷入短暂昏沉，却又挣扎着保持清醒时，丘脑网状核也要对大脑活动负责。

Jakob Voigts是本篇研究的另一位主要作者，毕业于麻省理工学院大脑及认知科学专业。该研究的主要作者有Emery Brown和Michael Halassa。Emery是麻省医学工程学和计算神经学专业的Edward Hood Taplin教授，同时还是麻省总医院的麻醉学家。而Michael 则是纽约大学的助理教授。其他作者分别是麻省理工学院的成员Francisco Flores 和 Matthew Wilson，Matthew 是神经生物学的Sherman Fairchild 教授，以及麻省理工学院学习和记忆Picower学院的成员。

局部控制

至今为止，大多数睡眠研究的焦点在于全局控制，这种情况多见于整个大脑的慢波水平一致—多组神经元短暂静止时脑波活动就会产生慢波。

然而，近期研究表明睡眠不足的动物在它们清醒时，其部分脑域能够显示慢波，这意味着大脑仍然能够控制局部区域的警惕性。

麻省理工学院小组开始利用丘脑网状核对警惕性和睡意的局部控制进行调查，这是因为丘脑网状核所处实际位置非常完美，使其有助于睡眠，Lewis这样解释到。围绕在丘脑附近的丘脑网状核像一只贝壳，如看门人般欢迎感知信息进入丘脑，之后它再将这些信息传递给大脑皮层作进一步处理。

光遗传学是科学家利用光线刺激或抑制神经细胞的一种技术，在其帮助下研究员发现如果他们轻微刺激清醒状态下的丘脑网状核，小部分大脑皮层就会出现慢波。若受到更强的刺激，整个大脑皮层就会出现慢波。

Lewis 说：“我们还发现当人们引导这些慢波穿过大脑皮层时，动物们就开始表现出睡意，不再四处走动，肌肉也变得放松。”

研究人员相信丘脑网状核微微调整着大脑对局部大脑区域的控制，增加或减少这些区域的慢波，使得这些区域能够互相交流，或者在大脑非常疲倦时引诱某些区域放松警惕。这或许就能解释人们在睡眠不足和短暂昏沉（并非真正入睡）时所发生的一切。

“我更愿意相信这一切的发生在于大脑开始向睡眠过渡，即使你强迫自己保持清醒，大脑的某些局部区域仍会变得困倦，” Lewis说。

自然睡眠和全身麻醉

了解大脑如何控制觉醒有助于研究人员设计新的安眠药和麻醉药，创造出更接近自然睡眠的状态。刺激丘脑网状核能引发深度的非快速眼动睡眠状态。而Brown 与其同事的先前研究发现了一条通向快速眼动睡眠的回路。

Brown补充到，“大脑内部的连接点--突触部位有大量的丘脑网状核，能释放抑制性神经递质GABA。因此，丘脑网状核几乎全部是麻醉药作用之地，前提是很多种类的麻醉药都作用于这些突触，其典型特征之一便是产生慢波。”

Lewis 与其同事的先前作品表明，与睡眠状态下的慢波不同的是，全身麻醉下的慢波并不协调，这解释了一原理，即为什么那些药物能破坏大脑内部的信息交换、导致意识不清。

原文：How the brain controls sleep

——转自壹心理