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睡眠可以幫助記憶和社交行為

褚志斌　(芝加哥大學博士後研究員)

科學家對於人類為何需要睡眠，還不是十分瞭解。但是人類若是睡眠不足或失眠，就容易掉髮、體重減輕、食慾不振、頭暈噁心、血壓上升、免疫力下降、注意力無法集中、肌肉酸痛，進而影響許多內臟功能。因此睡眠對於人類來說非常重要。絕大多數已知的動物都需要睡眠。先前的科學研究顯示，學習之後接著睡眠，有助於加深對學習內容的記憶和瞭解 (Stickgold R. et al, Nature, Vol 437, pp.1272 – 1278, 2005)。因此睡眠被認為是大腦重新調整、強化記憶的時刻。為了探索睡眠和記憶的關聯，美國科學家對影響記憶的基因和睡眠的關係做更進一步的探討。

加州聖地牙哥神經科學研究院 (The Neurosciences Institute) 的Indrani Ganguly-Fitzgerald博士和聖路易的華盛頓大學 (Washington University in St. Louis) 的合作者在科學(Science)雜誌上發表，指出利用果蠅研究顯示，睡眠可以幫助記憶和社交行為 (Ganguly-Fitzgerald I. et al, Science, Vol. 313, no. 5794, pp. 1775 – 1781, 2006) 。研究者指出，睡眠是透過多巴胺和cAMP的作用調控(dopaminergic and adenosine 3’,5’-monophosphate signaling pathways)以及十七種影響長期性記憶基因的調節來協助記憶和社交行為。之前科學家已經證實果蠅需要睡眠(Hendricks J. et al, Neuron, vol 25, pp.129 – 138, 2000)。由於果蠅很容易製造基因上的突變、很容易培養和研究，又有許多類似人類的行為，因此Indrani等人決定利用果蠅來研究睡眠對記憶和社交行為的影響。

Indrani等人將剛出生的果蠅分成團體組和個別組。團體組的果蠅會和其他至少三十隻的果蠅關在一起，個別組的果蠅則是自己單獨一個空間。分隔3-4天之後，研究者將果蠅拿出來做研究，測試其需要的睡眠時間。結果發現，個別組的果蠅白天平均每次”午睡”睡眠時間約15分鐘，團體組的果蠅白天平均每次“午睡”睡眠時間約1小時，足足是個別組果蠅睡眠的四倍長。不過兩組果蠅晚上的睡眠時間一樣，不受社交行為的影響。

為了確定白天睡眠時間增長是因為和其他果蠅的社交互動，而不是因為太多果蠅關在一起，而被吵、需要一直飛動、耗費體力而需要睡眠，研究者製造一些基因突變的果蠅，並將這些突變的果蠅和其他果蠅關在一起。這些果蠅有的是盲目，有的是弱視，有的缺乏味覺，有的缺乏聽覺，結果發現，缺乏視覺或味覺的果蠅，不論是在團體組或個別組，白天平均小憩睡眠都只剩15分鐘。不過缺乏聽覺的果蠅，在團體組的白天小憩睡眠依然是1小時。研究者也研究在不同數目果蠅團體中生活的果蠅所需要的睡眠時間。研究者將不同數目的果蠅關在一起，有4, 10, 20, 60, 100等5組不同數目大小的團體。結果發現，關在一起的果蠅數目愈多，其需要的睡眠時間愈長。顯示視覺和味覺能力對睡眠有影響，也顯示果蠅的社交行為和睡眠時間有關聯。研究者也發現這些睡眠模式是“可塑”的。也就是果蠅睡眠時間的長短，和其最近一次社交行為有關，而和出生後第一次的實驗分組無關。因此個別組的果蠅，放進大團體後，睡眠時間會增長。反之，團體組的果蠅被孤立後，睡眠時間會縮短。

研究發現，個別組白天睡眠短的果蠅，其腦內神經傳導物質多巴胺 (dopamine)的量只有團體組果蠅的1/3。而透過基因工程的方式，讓多巴胺變得異常低或異常高，都會讓團體組的果蠅無法在白天做長時間的睡眠。研究者接著研究49個已知和記憶有關的基因對果蠅睡眠的影響。研究者利用基因突變，將這些基因個別移除，研究這些基因和睡眠的關聯。結果發現，有17個和長期記憶有關的基因，如果將這些基因移除、讓其功能被“關閉”，則不管果蠅是放在團體組或個別組，其白天小憩睡眠時間將降到15分鐘。最後，研究者研究睡眠和記憶的關聯。雄的果蠅進行求偶時，如果遇到被雌果蠅拒絕、遇到已經交配過的雌果蠅，或是聞到其他雄果蠅的求偶費洛蒙 (Phermone) 時，雄果蠅接下來的求偶行為會減縮退卻。而且先前的求偶經驗會形成記憶，影響之後的求偶行為。研究者讓實驗組和對照組的果蠅分別接觸處女雌果蠅，來研究睡眠對記憶的影響，結果發現長時間的睡眠會增強記憶。研究者計畫找出和這17個果蠅記憶基因相對應的人類基因，來研究是否人類睡眠也和主導長期記憶的基因有關聯。