科學家發現大腦時鐘基因:人類有望戰勝時差

再悉心的照料,再軟的枕頭,再舒服的光子浴,都不能讓那些周游世界的土豪逃離時差的折磨。然而,最近的一項研究宣稱科學家找到了一種強而有效的方式來解決這個問題:他們發現了一種可以修改睡眠周期主導基因的藥物,來幫助這些憔悴的旅行者調整時差。不僅如此,所有的睡眠問題都可能得到解決。

有Lhx1才有時差反應

機體中每個細胞都存在一種特殊的“生物鐘”,即一種含量豐富的蛋白質,其水平可以隨著時間有節律地升高或降低,負責建立循環生理節律及維持機體細胞同步的主時鐘位于大腦下丘腦的視交叉上核中。視交叉上核(SCN)是大腦下丘腦中一塊較小的緊密型區域,該區域包含有大于2萬個神經元細胞。

索爾克生物研究所(是坐落在美國加州南部拉霍亞的一個獨立非營利科學研究機構,是美國生命科學領域成果最多、質量最高的研究機構之一)的科學家確認了一種叫做Lhx1的基因,這種基因掌管著我們大腦中相當于主時鐘的區域;它掌管著大腦晝夜輪休的節奏以及控制著光覺感受器,來使我們每天都覺得井井有條。正常情況下,Lhx1控制的大腦細胞都是同步活動的,這樣就使得他們對光源的變化有很強的抵抗性。晝夜突變會引起時差反應的原因就在于這種細胞的剛性。

Lhx1較少適應性更強

研究者們發現這種細胞在缺乏Lhx1基因的動物體內同步性更差,于是他們在小白鼠身上測試了Lhx1在時差反應中的表現(這些小鼠并不會進行真正的旅行,研究者們只是在它們的晝夜周期中錯開了8個小時),還比較了其他小鼠SCN中成千上萬個基因的表達情況,最終發現有213個基因對SCN較為特殊,通過進一步篩選,研究人員最終發現了僅有一個基因(即Lhx1)對光的反應處于抑制狀態。他們發現體內Lhx1較少的小鼠更快地適應了環境,它們的神經元同步性比較差,這就使得它們能更快地適應新的日程。

睡眠問題能有效解決

這項研究為研究人員開發細胞再生療法來恢復SCN的功能以及改善睡眠障礙提供了新的研究思路,目前研究者們已整理了相關的基因表達數據,隨后他們將繼續研究來揭示SCN和其他組織中控制晝夜節律鐘的基因的表達效應。

找到一種可以降低Lhx1或是Lhx1控制的激素含量的藥物,無疑是藥物生產者的一個巨大進步,這意味著所有的睡眠問題都可以得到妥善解決。有些研究表明,睡眠周期的問題可能導致肥胖、心理疾病以及其他各種疾病,所以,有些醫生并不推薦那些治療時差反應和倒班癥的藥物,且之前在催醒丸上的嘗試還都不如咖啡因有效。到目前為止,這些東西還有可能令人上癮,或是有潛在的致命危險。

人類生物鐘

周期是24小時18分

人類的生物鐘同時鐘并不同步。日本科學家曾發表研究論文說,他們發現人類生物鐘的周期是24小時18分。而其它動物和植物的這種生物鐘與時鐘差距更明顯,一些動物的生物鐘周期是23小時至26小時,而植物是從22到28小時。

研究者還用計算機做了一個模擬生物鐘進化的實驗。實驗證明,那些對競爭最有利的生物鐘周期的確是接近24小時,但又不是特別接近。以鳥兒為例,如果它嚴格按照時鐘作息的話,那么當它每天早上醒來覓食時會發現,樹上的蟲子已經被先飛入林的鳥兒吃得差不多了。

大腦存在多重時鐘

現實版聲畫不同步

光和聲音以不同的速度傳播,當某人說話時,視覺輸入和聲音輸入會在不同的時間到達我們的眼睛和耳朵。接著這樣的信號在大腦里以不同的速率進行處理。盡管如此,我們能夠即時同步的感受這一切的發生。

然而,當67歲的PH在手術后就開始經歷聲畫不同步的生活。PH回憶道:“我對女兒說,你必須處理好那兩臺電視機,”然后PH意識到他在自己下巴還沒移動時就聽到了自己的聲音。對他的腦部掃描顯示,在聽力、計時和移動中起著重要作用的大腦區域存在兩處損傷。

為查明具體原因,英國倫敦城市大學的埃利奧特·弗里曼和同事進行了一項時間順序判斷測試。PH被展示了一系列人們說話的視頻剪輯,并被詢問那些畫面中聲音出現在嘴唇運動之前或之后。為了讓他感覺聲畫同步,研究人員必須在嘴唇運動前200毫秒提前播放聲音。

弗里曼表示這暗示著外部世界的相同時間是由大腦的不同部分感知,且發生在不同的時間。大腦中其實存在很多時鐘———在這項實驗中出現了兩個時鐘。在PH的例子里,至少一個時鐘因這些腦損傷被嚴重的減慢了。PH的時間差異可能非常大,且發生得非常明顯以至于無法忽視。他可能只能感知到其中一個時鐘,因為這是唯一一個他有意識感知到的。