探索大脑生物钟的秘密 上海科学家有了新发现

图说：作为生物节律焦点起搏器，SCN把光信号转换为节律信号，并发生差别相位的振荡，折射到古老日晷上的差别时辰 泉源/中科院脑智卓越中心 （下同）

新民晚报讯（记者 董纯蕾）日出而作日落而息，大多数人如此，生物皆有其昼夜节律，你一定知道。可是，你可知道生物节律在大脑中有一个“起搏器”？谜底是：位于大脑中的一个微小核团——视交织上核（SCN），驱动着我们的昼夜节律。这究竟是怎么做到的呢？上海科学家有了新的发现：原来，SCN能像棱镜一般，把光信号转换为节律信号，差别亚型的神经元饰演差别角色发生差别相位的振荡，如同日晷上的差别时辰，使我们能够感知时间。

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心、神经科学国家重点实验室严军研究组，通过单细胞测序等技术，首次对小鼠的昼夜节律中枢——视交织上核举行了系统性的细胞分型，发现了新的神经元亚型，并展现了这些细胞亚型的基因表达在昼夜节律历程中和光照刺激下的差异，同时在单细胞水平完整重构了各亚型细胞的三维空间漫衍，为研究哺乳动物昼夜节律的神经机制奠基了重要的基础。今天，国际科学期刊《自然-神经科学》在线揭晓了相关研究论文。

图说：严军研究组

昼夜节律，也就是我们通常所说的生物钟，在生物体中广泛存在，对换节人们一天之中的运动、睡眠、代谢等诸多生理历程起着重要的作用。它对人们生活、对人类社会之重要，众所周知。一旦昼夜节律紊乱，会导致包罗睡眠障碍在内的种种疾病。因此，明白昼夜节律现象在神经系统中如何发生、维持以及发挥作用，是神经科学重要的研究偏向，与人类康健息息相关。

2017年，三位科学家因为发现在分子水平上昼夜节律是由一系列焦点节律基因组成的反馈环路所发生获得诺贝尔生理学或医学奖。然而，科学家们对昼夜节律在我们大脑中如何发生仍不清楚。科学家们已知，SCN是大脑中发生昼夜节律的焦点，能够吸收视网膜通报而来的外界光暗信号，矜持地发生昼夜节律振荡，并将节律信号通报到全身。SCN的神经元出现出同步的振荡，而且处于差别空间位置的细胞有差别的振荡相位。SCN全面的细胞分型、差别细胞类型在SCN中的空间漫衍、这些细胞类型在昼夜节律中如何发挥作用，都不清楚。

严军研究组发现，SCN中的种种非神经元细胞和神经元一样都存在广泛的节律基因表达，表示了SCN中的各种细胞都有细胞特异性的节律功效。有趣的是所有非神经元细胞中的焦点节律基因振荡相位，都显着晚于神经元中的振荡相位。研究组进一步将SCN中的神经元分为了五种亚型，凭据它们表达的基因划分命名，而且发现这五类细胞节律振荡的强弱、相位都各自差别。通过光刺激实验，发现SCN差别神经元亚型对光照反映有显着差异，说明它们在生物节律历程中有着各自分工。这些都为研究哺乳动物昼夜节律的神经机制提供了重要的线索。