睡觉是大部分人每天都要做的一件事，也是几乎所有动物生命中不可缺少的一部分。对于我们来说，充足的睡眠是大脑提高学习效率、增强记忆的基础。但即便对于头脑十分简单的生物，例如全身只有302个神经元的透明小蠕虫——线虫，它们也需要及时睡一觉才能记住重要的生活经验。
最近，科学家们通过巧妙设计的实验，在线虫身上揭示了及时睡觉才能帮助记忆巩固。他们的研究结果发表在顶尖学术期刊《细胞》上，为我们理解记忆的基本机制提供新的洞见。
绝大多数人或许根本就不会注意到这种只有1厘米长、没有肢体的小蠕虫也需要睡觉。加州大学旧金山分校（UCSF）的Noelle L'Etoile教授和她的同事观察了数百条线虫，通过分析视频中线虫的运动、姿势、进食状态，寻找它们睡眠的迹象。根据研究人员的描述，线虫的睡眠时间虽然不长，但可以看到它们在此期间基本静止不动，身体变直，只有头部有一点弯曲，不容易被闪光或震动唤醒，进食量减少但不是完全不吃。
▲线虫（Caenorhabditis elegans）要学习也得靠睡觉（图片来源：123RF）
接着，研究人员测试了线虫的记忆力，让它们通过学习记住要避开某种特定的气味。化合物丁酮（butanone）的气味通常对于线虫来说代表自然界中的食物香气，但研究人员通过多次重复的间隔训练，让它们每次闻到丁酮时都没有吃的、有食物时都没有丁酮气味，实验室里的线虫就能学会避开丁酮气味。在这个过程中，有趣的事情发生了。研究人员观察到，训练结束后，线虫会在1~2小时内很快进入睡眠状态，而这些线虫也会很顺利地“学会”新任务，在此后的16个小时内都记得要避开丁酮的气味。但是，如果不让线虫在训练后的1~2小时内睡觉（每隔几分钟就把它们晃醒），结果这些线虫的记性就变差了，训练后16小时再去测试，发现它们已经不记得要避开丁酮的气味。而随着睡眠的增加，记忆衰减的情况会缓解。“当气味成为一种巩固的记忆时，睡眠是必需的。”L'Etoile教授说，“这些结果表明，线虫在训练后的1-2小时里有个关键的睡眠窗口，它们在此期间巩固自己的记忆。”
借助线虫透明的身体和已经被研究得很清晰的神经系统，研究人员进一步分析了在睡眠巩固记忆的过程中，神经元之间的突触连接如何变化，因为突触的可塑性正是记忆的基础。研究人员发现，线虫有专门的嗅觉神经元（被称为AWC）负责检测丁酮气味，它与另一对中间神经元（名为AIY）形成突触，它们之间的连接参与了气味记忆的维持。其中，AIY是保持长期记忆必需的，缺少这对神经元的线虫在训练后记忆很快消失。成像技术显示，当线虫学会避免丁酮气味，AWC神经元与AIY神经元之间的突触连接数量会减少。而突触连接的物理改变既需要训练，也离不开睡眠。如果线虫训练后的2小时内没能睡觉，AWC与AIY之间的突触重塑就难以完成。这些结果都说明，在学习新的经验后，动物需要及时睡个好觉，才能驱动记忆巩固并改变突触结构。作为生物学研究中的经典模式生物，线虫中的许多发现，对于人类也有一定的借鉴意义。伴随衰老，人的记忆力会发生明显衰退，这或许也跟人越来越缺觉有一定的联系。[1] Rashmi Chandra et al., (2023) Sleep is required to consolidate odor memory and remodel olfactory synapses. Cell Doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.006[2] Sleep loss impairs memory of smells, worm research shows. Retrieved June 25, 2023 from https://www.nature.com/articles/d41586-023-01849-6本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系wuxi_media@wuxiapptec.com。
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