Cell Reports：原来，睡眠剥夺对年轻小鼠和老年小鼠的睡眠质量和记忆的影响不一样
睡眠是我们不可或缺的一个重要生理功能，不仅有利于身体精力的恢复，以往研究还表明睡眠能够促进记忆的巩固。但是，睡眠剥夺在整个生命周期中所造成的影响却是有所不同。
研究发现限制睡眠时间可以减少老年人的失眠情况，且睡眠质量降低与年龄相关的认知能力下降息息相关。然而减少睡眠能否改善睡眠质量或者是体内微环境？是否有可能逆转睡眠质量降低导致的认知能力下降？
为了回答上述问题，就需要研究限制睡眠（睡眠剥夺，SD）对不同年龄动物的影响，尤其是睡眠质量以及认知能力的影响。
一项发表在Cell Reports上的研究工作就着力于该问题，他们的结果显示睡眠剥夺能够增强老年动物的记忆力以及海马表征的质量，而会损害年轻小鼠的记忆以及睡眠质量。这项结果提示着急性的睡眠剥夺能够允许海马适应环境变化，逆转年龄相关的记忆下降。
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1.睡眠剥夺改善老年小鼠的记忆能力
首先让不同年龄段的动物进行物体/位置的学习，然后对其进行睡眠剥夺五小时，再让其进行5小时的睡眠恢复，而对照组动物不限制睡眠，第二日进行新物体/位置记忆的测试。
在记忆测试中发现，被剥夺睡眠的老年小鼠（OSD）与年轻对照小鼠（YC）一样更倾向于探索新物体，而被剥夺睡眠的年轻小鼠（YSD）和对照老年小鼠（OC）都对旧物体念念不忘，似乎是并不记得他们已经见过旧物体（图1），表明YSD和OC组的记忆认知能力下降，而睡眠剥夺使得OSD组的记忆认知能力增强。
图1 新物体/位置记忆测试
2.小鼠记忆能力更强
与海马位置细胞重映射表现相关
为什么OSD小鼠的记忆能力更好呢？
海马是记忆掌管中心，海马的位置细胞能够为情景事件提供认知地图，而已有研究表明在清醒状态下活跃的海马细胞网络在 NREM 睡眠期间以压缩的时间尺度重新激活，对于记忆的形成十分关键。
因此研究人员将四组小鼠的海马CA1细胞进行了分类，比较在不同年龄和记忆实验条件下这些细胞的放电差异。
相较于适应及三次训练阶段，四组小鼠的位置细胞在记忆测试阶段都进行了频率重映射（rate-mapping），且OSD和YC组小鼠的频率重映射增加，意味着位置细胞的频率重映射变化对于新物体/位置记忆表征十分重要（图2）。
图2 在新物体/位置识别任务期间位置细胞的频率重映射
根据位置细胞的重映射频率定义其稳定性并建立相关系数，在不同任务情境下根据相关系数对位置细胞进行分类，分别分为情景细胞、物体细胞以及不稳定细胞。YC和OSD小鼠物体细胞的重映射水平相近，且与其记忆水平相关。
另外YC和OSD小鼠的情景细胞稳定性更高（图3）。这些结果表明YC和OSD小鼠记忆更好是因为其情景细胞更为稳定，而物体细胞表征更为灵活。
图3 情景细胞及物体细胞的重映射表现
如若单纯分析年龄对各类细胞重映射的影响，可以发现在物体形状及位置不变的记忆精确提取阶段，年轻小鼠的情景细胞与物体细胞的稳定性都更高（图4），提示着当情景发生变化时年轻小鼠的位置细胞重映射代表着记忆的更新，而衰老导致了位置细胞重映射的高度不稳定性。
图4 在精确记忆任务中位置细胞的稳定性
3.睡眠剥夺改变老年小鼠的睡眠周期
在新物体/位置任务学习完成后对小鼠的睡眠周期进行分析（图5），发现老年小鼠的非快速眼动睡眠阶段（NREM）更为碎片化，即每次时间更短、与快速眼动睡眠（REM）转化次数更多。
当小鼠被剥夺睡眠后再恢复睡眠时，处于NREM的总体时间与平均时间都更长，且OSD小鼠进入NREM的次数显著降低，表明急性睡眠剥夺导致OSD小鼠的碎片化NREM得到了巩固。
图5 睡眠周期分析
以往研究发现对于年轻小鼠而言，睡眠的前1个小时是记忆巩固的关键阶段，而随着年龄的增长这一时间窗可能会延长。另外NREM中睡眠纺锤波能够通过增强记忆再激活来促进记忆的巩固。
本研究发现在学习阶段后的5小时睡眠期间，年轻小鼠在前1个小时内的睡眠纺锤波数量更多，这可能是年轻小鼠的记忆得到巩固的原因。
然而，经由睡眠剥夺后再恢复睡眠，相较于YSD和OC组显著增加，OSD小鼠的睡眠纺锤波频率有所降低，但数量显著增加（图6），也许这就是OSD小鼠记忆得到了巩固的原因。
而进一步分析发现，在睡眠剥夺后再恢复睡眠所导致的睡眠纺锤波数量与记忆水平形成了显著的正相关性。
图6 睡眠纺锤波的分析
结 论
综合上述结果，可以发现减少睡眠也许对老年人来说并不是一件坏事。对老年人而言，适当的减少睡眠可以增加睡眠纺锤波的数量以及巩固NREM，进一步增强海马位置细胞的重映射表征，进而巩固情景记忆，提高记忆水平。
但是对于年轻人而言，睡不够可能减少睡眠纺锤波的数量，降低海马的灵活性，从而容易出现“脑子瓦特”的情况。那么作为年轻的科研大军中的一员，你今天睡够了吗？
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109234
编译作者：Sybil（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）