我們大多數人都需要更多的睡眠。當我們忙碌的一天慢慢過去時，我們會在想要多喝一杯咖啡的衝動和認知能力的下降中感受到這一點。睡眠與我們的思維密切相關，當我們獲得充足睡眠時，思維會變得敏銳，而當我們睡眠不足時，思維會變得遲鈍。
產生這些影響的因素對於神經科學家來說是熟悉的：幫助設定我們每日或晝夜節律的外部光和暗訊號、“時鐘”基因（充當內部計時器）以及透過稱為突觸的連線相互發出訊號的神經元。但是，一旦我們入睡，這些因素如何相互作用以使大腦煥發活力仍然是個謎。
10月10日發表在《科學》雜誌兩篇論文上的研究結果將突觸置於中心舞臺。研究人員表明，這些神經元通訊節點是睡眠的內部準備和我們與睡眠相關的行為影響的匯合之處。細胞計時器有節奏地準備突觸周圍的區域，以期在睡眠期間構建突觸蛋白。但新的研究結果表明，在缺乏睡眠的情況下，神經元會縮短其構建這些關鍵蛋白質的常規開關週期。*
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德克薩斯大學西南醫學中心的神經科學家羅伯特·格林（Robert Greene）說，研究結果表明，大腦“正在為某個事件做準備，但這並不意味著你真的會堅持去做”，他沒有參與這項研究。格林稱這些研究“引人入勝”，並表示它們證實了內部計時與睡眠行為之間“長期以來被懷疑”的聯絡。
當我們感到睏倦時，有兩個因素在起作用：“睡眠壓力”，即隨著清醒時間的延長，枕頭的誘惑力越來越大，以及我們的內部時鐘發出訊號，表明通常的睡覺時間已經到來。在兩項研究之一中，蘇黎世大學藥理學和毒理學研究所的薩拉·B·諾亞（Sara B. Noya）及其同事表明，在小鼠中，內部時鐘調節蛋白質生成的指令或轉錄本的節律性產生。他們發現，屈服於睡眠壓力並上床睡覺會觸發蛋白質產生的最後步驟。
諾亞的團隊發現，在24小時內的兩個高峰期，即在醒來和睡覺之前，認知相關腦區域的神經元在計時細胞的訊號站中裝滿了這些轉錄本。“睡眠時間”轉錄本往往用於調節構建其他蛋白質的蛋白質，而“醒來時間”指令則用於與突觸功能相關的蛋白質。這些儲存的分子為睡眠期間突觸的快速重新整理奠定了基礎。缺乏重要時鐘基因的小鼠沒有表現出這些峰值。
在規律的睡眠-覺醒週期中，使用這些指令構建的蛋白質也在黎明和黃昏時顯示出峰值產量。然而，在睡眠剝奪的小鼠中，諾亞及其同事證明，細胞仍然產生許多轉錄本，但沒有構建相關的蛋白質。這一結果意味著睡眠調節蛋白質構建的最後一步，以確保突觸的穩健性。
然而，並非細胞製造的所有蛋白質都必然投入到積極的服務中。在一篇配套論文中，德國馬丁斯里德路德維希-馬克西米利安-慕尼黑大學和馬克斯-普朗克生物化學研究所的弗朗西斯卡·布魯寧（Franziska Brüning）及其同事探討了那些確實投入使用的蛋白質的節律性使用。磷酸分子的附著或去除就像一個開關，可以開啟或關閉蛋白質，因此研究人員仔細研究了這個過程。他們發現，被磷酸鹽標記的蛋白質水平也出現兩次峰值，較大的峰值發生在醒來之前。與另一項研究中的蛋白質一樣，睡眠剝奪也使這些峰值變平。
威斯康星大學麥迪遜分校的神經科學家基婭拉·奇雷利（Chiara Cirelli）說，研究人員每四個小時進行一次測量，這比早期通常在24小時內只看一個時間點的研究有所進步。奇雷利與他人合寫了一篇評論這兩篇論文的評論。“這是一個非常全面的整個明暗週期分析，”她說。
奇雷利強調了分離這些分子積累和產生的突觸區域的重要性。她說，研究人員確定了轉錄本何時準備就緒，以及蛋白質（無論是否被磷酸鹽標記）何時被製造或使用。
路德維希-馬克西米利安-慕尼黑大學的神經科學家，也是這兩篇論文的合著者瑪麗亞·羅布爾斯（Maria Robles）說，區分蛋白質生產和活動不同階段的發現令人大開眼界，揭示了大腦“控制這些分子的一種美妙方式”。
賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的神經科學家阿基萊什·B·雷迪（Akhilesh B. Reddy）說，儘管這些研究是在小鼠身上進行的，但這些動物的大腦已被證明是人類大腦相當可靠的替代品，他沒有參與這項工作。他說，這些發現對我們在睡眠期間如何鞏固記憶以及其他有希望的研究途徑具有啟示意義，直接將焦點放在突觸事件上。然而，羅布爾斯說，這並不意味著基於這些發現，在不久的將來會出現增強記憶和認知的干預措施。“這只是冰山一角，”她補充道。
*編者注（2019年10月16日）：這句話在釋出後經過編輯，以更好地闡明神經元如何受到睡眠剝奪的影響。