睡眠或许不仅仅是大脑的休息，它也可能对人体的能量系统起到至关重要的维持作用。牛津大学研究人员发表在《自然》杂志上的一项新研究表明，睡眠驱动力是由脑细胞中微小的能量产生结构中积聚的电应力引起的。
这一发现为生物学上的睡眠需求提供了具体的物理解释，并有可能重塑有关睡眠、衰老和神经系统疾病的科学思维。
该研究小组由牛津大学生理学、解剖学和遗传学系（DPAG）的格罗·米森伯克（Gero Miesenböck）教授和牛津大学神经回路与行为中心的拉斐尔·萨纳塔罗（Raffaele Sarnataro）博士领导，他们发现，当大脑对能量的细微失衡做出反应时，就会引发睡眠。线粒体——一种将氧气和食物转化为可用能量的微型细胞器——在其中发挥了核心作用。
在果蝇研究的某些调节睡眠的神经元中，超负荷的线粒体开始泄漏电子。这种泄漏会产生一种名为活性氧的有害副产物。这种泄漏会发出信号，迫使大脑进入睡眠状态，从而在细胞损伤进一步扩散之前恢复平衡。
“你肯定不希望线粒体泄漏太多电子，”萨纳塔罗博士说。“一旦泄漏，它们就会产生破坏细胞的活性分子。”
研究小组还发现，一些特殊的神经元就像断路器一样：它们监测线粒体的电子泄漏，并在达到临界阈值时触发睡眠。通过改变这些细胞管理能量的方式——增加或减少电子流——科学家们能够直接控制果蝇的睡眠时间。
即使用光能代替电子（使用从微生物中借来的蛋白质）也会产生同样的效果：更多的能量，更多的泄漏，更多的睡眠。
米森伯克教授表示：“我们着手研究睡眠的意义，以及我们为什么会感到需要睡眠。尽管经过数十年的研究，却无人找到明确的生理触发因素。我们的研究结果表明，答案可能就在于为身体提供能量的根本过程：有氧代谢。在某些调节睡眠的神经元中，我们发现，当电子供应过剩时，线粒体（细胞的能量生产者）会泄漏电子。当泄漏量过大时，这些细胞就像断路器一样，使系统进入睡眠状态，以防止超负荷。”
这些发现有助于解释新陈代谢、睡眠和寿命之间众所周知的联系。体型较小的动物每克体重消耗的氧气更多，因此往往睡眠时间更长，寿命更短。患有线粒体疾病的人即使不运动也常常会感到极度疲劳，现在这可能可以用同样的机制来解释。
“这项研究解答了生物学的一大谜团，”萨纳塔罗博士说。“我们为什么需要睡眠？答案似乎就蕴藏在我们的细胞将氧气转化为能量的方式之中。”
编译自/ScitechDaily
