本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
想象一下：王子戰勝了惡龍， преодолел 了巨大的荊棘牆。他緩緩地穿過沉睡的城堡，走向公主沉睡的高塔。終於他看到了她，俯身看著她美麗的容顏...
...然後輕輕地將探針插入她的腦中，讓黃光啟用她的藍斑核。瞬間，公主醒了過來。
這才叫真正的吻。
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Carter 等人。“下丘腦分泌素介導的睡眠-覺醒轉換機制” PNAS，2012
（來源）
我承認，這篇文章不是關於睡美人。相反，它是關於睡眠-覺醒轉換，以及它們可能如何運作。答案涉及一種新興分子，下丘腦分泌素（又名食慾素），以及大腦中稱為藍斑核（LC）的區域。並且它涉及小鼠，它們在自己的方式上也是小小的睡美人。
我們將從下丘腦分泌素（或食慾素*）開始。下丘腦分泌素是一種從小腦丘腦釋放的小肽。它是一種最近才被發現的分子（於 1998 年發表），並且由於其在藥物成癮和攝食行為中的有趣參與，以及其在睡眠中的非常明確的作用，而近來人氣飆升。
您看，下丘腦分泌素透過調節我們稱之為“喚醒”的狀態（雖然它也與性喚起有關，但此處並非此意）來控制睡眠/覺醒週期。產生下丘腦分泌素的神經元在您睡覺時是靜止的，但在清醒之前，這些神經元的爆發性放電和下丘腦分泌素的釋放會立即發生。下丘腦分泌素是睡眠/覺醒轉換的強大調節劑，以至於下丘腦分泌素的缺失會導致非常明顯的發作性睡病。
（我承認每次有機會都會使用這個影片）
因此我們知道下丘腦分泌素控制著睡眠到覺醒的轉換，但問題是……透過什麼機制？下丘腦中的下丘腦分泌素神經元放電……然後呢？它們去了哪裡？它們做了什麼？產生下丘腦分泌素的神經元投射到大腦各處，哪些結構最重要？
這個研究小組，最早研究下丘腦分泌素的團隊之一，一直在努力尋找答案。他們選擇專注於藍斑核，這是一個位於大腦底部深處的結構，產生神經遞質去甲腎上腺素。已知藍斑核參與喚醒，因此也參與清醒狀態。而且我們已經知道，如果你將下丘腦分泌素注射到藍斑核中，你可以使藍斑核的神經元放電。
因此，這表明下丘腦分泌素可能透過藍斑核影響睡眠，但這並不能證明這是其機制。為了證明這一點，必須證明藍斑核中的下丘腦分泌素對於誘導清醒狀態既是必要的又是充分的。為了證明這一點，本研究的作者轉向了神經科學技術中最受歡迎的孩子：光遺傳學。
光遺傳學並不像這個詞聽起來那麼複雜。基本上，它使用通道視紫紅質，這是一種可以透過光啟用的膜通道。當它被啟用時，離子流入，膜去極化，細胞放電。科學家可以獲取這種通道的遺傳密碼，並將其放入他們想要表達它的物種的基因組中，例如，小鼠。他們可以將該通道置於另一個基因的控制之下，因此該通道僅在基因表達時才表達。在本例中，這意味著該通道僅在產生去甲腎上腺素的神經元（在藍斑核中）或僅在產生下丘腦分泌素的神經元（在下丘腦中）中表達。然後，當你將光照射到大腦的那個區域時，通道將被啟用，那些神經元，並且只有那些神經元，會放電。
因此，本研究的作者首先檢查以確保刺激下丘腦中的下丘腦分泌素神經元會在藍斑核中產生活動。結果確實如此。然後他們必須弄清楚這種活動對於產生睡眠到覺醒的轉換是否既是必要的又是充分的。為此，他們必須等到動物睡著（我必須想象這很令人沮喪），然後在同時抑制藍斑核中的神經元的同時，刺激下丘腦分泌素神經元。
您可以在此處看到使用的刺激模式和位置。看看圖中底部從左側數第二組條形圖。您可以看到，當您進行雙側刺激（在大腦兩側，記住大腦中的一切都是成對的，每側一個核），並且您刺激下丘腦分泌素（應該喚醒動物），但抑制藍斑核……動物睡得更久，它們從睡眠到覺醒的潛伏期增加。這表明藍斑核對於下丘腦分泌素產生清醒狀態是必要的。
但是它是否充分呢？如果下丘腦分泌素/藍斑核活動足以喚醒動物，那麼如果你單獨阻斷下丘腦分泌素向藍斑核的訊號傳導，動物應該不會醒來。
結果奏效了。您可以在此處看到，使用藥物阻斷藍斑核中的下丘腦分泌素訊號傳導阻止了動物醒來（將從左側數第二組條形圖與最右側的一組條形圖進行比較）。
最後，您可以在此處看到，隨著藍斑核刺激的增加，動物醒來的機率急劇增加。下丘腦分泌素刺激藍斑核，增加這種刺激會大大增加喚醒動物的可能性。
整套研究（我只展示了一部分）清楚地表明，下丘腦分泌素透過刺激藍斑核中的神經元來介導睡眠到覺醒的轉換。下次你醒來時，感謝你的下丘腦分泌素……以及你的藍斑核。
Carter ME, Brill J, Bonnavion P, Huguenard JR, Huerta R, & de Lecea L (2012)。下丘腦分泌素介導的睡眠-覺醒轉換機制。《美國國家科學院院刊》，109 (39) PMID: 22955882
*這是一個經典的案例，兩個研究小組同時識別出一種分子並給它起了不同的名字。我傾向於認為，雖然下丘腦分泌素（意思是“來自下丘腦”和“類似促胰液素”）是更準確的術語，但食慾素（來自希臘語中的“食慾”）將勝出……因為它更容易說，聽起來更酷。可悲，但卻是事實。無論如何，這個小組使用了“下丘腦分泌素”，我也是這樣用的）