文献：Valero, M., Viney, T.J., Machold, R. et al. Sleep down state-active ID2/Nkx2.1 interneurons in the neocortex. Nat Neurosci 24, 401–411 (2021).
DOI：https://doi.org/10.1038/s41593-021-00797-6
作者：Veronica |封面：Tic Motion & Pablo Lozano
睡眠可以分为非快速动眼睡眠（non-rapid eye movement，NREM）和REM（rapid eye movement）睡眠阶段。我们在REM期间忙着做梦，而在NREM睡眠期间，大脑则忙着重新调整自己。如果将NREM再细分下去，又可以被分为2种交替的状态：有一些时段内，大脑神经元依然会频繁放电，这段时间被科学家称为“上升状态”（up state）；而在另一段时间内，大脑变得沉默，被delta脑波主导，被称为“下降状态”（down state）。你可千万别小看了下降状态，我们常说的深度睡眠，身体修复，记忆强化，都离不开下降状态。
在很长一段时间里科学界都认为，在下降状态中，不论是兴奋性还是抑制性神经元，放电活动都大大降低了，并且几乎没有大脑皮层细胞会在下降状态下选择性放电。然而，事实果真如此吗？下降状态的神经元真的都那么统一步调吗？近日，来自纽约大学的Buzsάki教授团队发现了一群深夜“唱反调”的细胞，推翻了这一看法。
研究者记录了11只小鼠后顶叶皮层区（posterior parietal cortex，PPC）在NREM的下降状态中的神经放电信号和场电位（local field potential，LFP）。他们发现，在深度皮层区，有一小群细胞的放电活动和所有其他的兴奋性、抑制性神经元的放电活动都成显著的负相关关系，在下降状态中活跃放电，他们将这群细胞命名为“下降态活跃细胞”（down state-active，DSA）。经过进一步的观察分析，研究者发现很多同时表达ID2和Nkx2.1的细胞都是DSA细胞，并且发现DSA细胞的上游受到了SST和 PV等抑制性神经元的抑制（但很少受到兴奋性神经元的激活）。通过体外电生理记录，他们认为DSA细胞是一种迟发神经元（“late-spiking” neuron），其放电性质更像是神经胶质样神经元（neurogliaform neuron）。
- Manuel Valero et al., Nat Neurosci.-
那么，DSA神经元对它下游的细胞的作用是什么？研究者通过结合光遗传和在体记录技术继续找出了受DSA调控的细胞（Mod）和不受DSA调控的细胞（Non-Mod）。有意思的是，他们发现在下降状态到上升状态的过渡时期，受调控细胞的放电时间都要比不受调控细胞的放电更迟。并且，DSA神经元越活跃，其下游受调控细胞的放电延迟就更明显，换句话说，DSA神经元的作用是调控下游细胞的放电顺序。
DSA神经元在行为学层面是否也具有重要功能呢？为了回答这个问题，研究者训练小鼠在早上和下午进行两次完全相同的视觉引导选择任务（visual cue-guided choice task），让小鼠学会在特定视觉模式的引导下选择对应的T迷宫臂来获取奖励。每天上午做完任务以后，小鼠被放回笼里睡“回笼觉”，下午再继续完成同样的任务。在睡觉的NREM期间，研究者或者用光刺激DSA细胞，或者完全不刺激让小鼠睡个安稳觉作为对照。结果发现，在安稳睡觉的时间里，小鼠下午做任务时的表现明显变好了，而在光刺激DSA细胞的时间里，小鼠的表现却和上午的没有区别。这个实验证明，在睡眠阶段激活后顶叶皮层区的DSA细胞，会影响睡眠中的记忆强化功能。
- Manuel Valero et al., Nat Neurosci.-
这些深夜唱反调DSA细胞虽然为数不多，但他们的功能不可小觑。看来，有些时候听听反调也并不是件坏事呢。