大脑怎么知道睡了几小时，应该何时醒来？

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大脑怎么知道睡了几小时，应该何时醒来？

全文要点速览：

• 大脑内有一种PKA酶，会在脑细胞表面蛋白质上做标记。

• 研究人员用荧光传感器，研究小鼠睡眠时这些标记的变化。

• 这种标记可以反映小鼠睡了多久，中途醒了几次，还可以预测醒来概率。

• 在睡眠剥夺实验中，补觉小鼠的相关标记比平时更低，或许和“还睡眠债”有关。

• 有人认为这个发现将来能帮我们评估“睡眠债”，也有学者质疑这一信号能否真正代表睡眠需求。

• 该研究目前发表在预印本平台，尚未经过同行评议。

原文作者：Max Kozlov

小鼠研究表明，蛋白质上的化学标记可能成为睡眠剥夺的生物标志物。

睡眠剥夺可能带来风险，但难以检测。来源：Getty

大脑怎么知道什么时候该醒来？在小鼠脑中，研究者鉴别出[1]一种可作为计时器的化学信号，既记录单次睡眠时段长度和中断次数，也能预测动物在任一时刻醒来的可能性。

这一信号提供了一种新的方法来检测“睡眠债”，即累积睡眠缺失。这种生物标志物有朝一日或许能提供方法来检测某人是否遭受睡眠剥夺，美国加利福尼亚大学的神经科学家Ketema Paul说，他未参与此项研究。

“在睡眠方面，当下确实很缺人们称为‘清醒度测试’的检测。” Paul说，并补充道，这类测试有助于保障高风险岗位人员（如卡车驾驶或医院急诊科工作人员）能否保持警觉。“睡眠不足的负面影响可能导致严重后果。”

这项工作发表在bioRxiv预印本平台上，尚未经过同行评议。

缺失标记

此前研究大多集中在能在数秒内唤醒人的大脑回路，或在数日睡眠不佳后睡眠债如何累积。但居间的时间尺度——大脑如何在一次连续睡眠时段中追踪耗费的分钟或小时——仍然是个谜。

为研究这一问题， 美国华盛顿大学的神经科学家Yao Chen和团队着手研究在一次睡眠过程中逐渐变化的分子信号。研究者使用小鼠大脑中的一种特定荧光传感器，实时观察蛋白激酶A（PKA）的作用，这种酶在人体内也有发现，此前研究发现它与觉醒状态有关[2]。这种酶会在脑细胞表面蛋白质上添加化学“标记”。

他们发现，这种标记的存在遵循一种独特、可预测的节律：当小鼠醒来时，蛋白标记保持高水平且稳定。但一旦小鼠进入睡眠，蛋白标记的程度开始缓慢持续下降，在整个睡眠过程中持续。每当小鼠经历微觉醒（microarousal，或睡眠的短暂中断），PKA相关的信号会先快速上升，随后再次下降。

Chen说，这意味着这种标记同时记录了完整的睡眠时长和中断的频率。研究者发现，因为PKA 信号能反映出觉醒时刻，相比起追踪睡眠时长，监测PKA信号能更准确地预测小鼠在每一时刻即将醒来的概率。

Chen说，标记的程度不是像闹钟那样触发某一秒钟的觉醒，觉醒可能受到突发噪声等因素影响。她表示，这些标记更像是生理上不断增强的觉醒准备。

当研究者故意让小鼠长时间清醒，随后让它们睡觉时，PKA信号比正常睡眠时更低。Chen说，这些发现表明，这些酶信号体现了积累的睡眠需求得到了多大程度的缓解，而非充当单纯的时钟。

补偿睡眠债

瑞士洛桑大学的睡眠神经科学家Anita Lüthi说，睡眠研究长期以来主要集中在使用弥散性电信号，例如脑电图（EEG）产生的信号，来理解人脑睡眠中的活动。能揭示睡眠期间分子水平情况的任何工作都很重要，她说。

但Lüthi不完全认同PKA信号能代表睡眠需求。她认为，睡眠需求是在数天里，而非在个别睡眠短暂时段内逐渐积累和消散的。

Lüthi说，相比追踪睡眠债，标记程度可能更多反映出了动物的警觉程度，或预示即将进入快速眼动睡眠（REM），大多数梦境发生在这一阶段。她补充说，其他生理检测方法（如心率）也会显示出类似的稳定下降，预示着REM睡眠即将开始。

Chen和同事正计划进行后续实验，他们将实时操控PKA活性，以调查标记水平是否直接驱动了睡眠债缓解。

参考文献：

1. Tilden, E. I. et al. Preprint at bioRxiv https://doi.org/10.64898/2026.07.03.736427 (2026).

2. Wang, Y. et al. Nature 636, 412–421 (2024).
   

原文以‘Timer’ in the brain tracks sleep — and predicts awakening标题发表在2026年7月30日《自然》的新闻版块上

©nature

Doi：10.1038/d41586-026-02294-x