睡眠是一種幾乎普遍存在的行為，其功能尚不清楚。突觸穩態假說提出，睡眠是為了使在清醒時增加的突觸數量和強度恢復正常。一些研究檢查了大規模神經元群體或小片段樹突，發現了與突觸穩態假說一致的證據，但睡眠是否僅作為一種允許狀態，還是在整個神經元的尺度上主動促進突觸下調尚不明確。

2024年5月1日，英國倫敦大學學院的研究團隊在Nature在線發表題為“Sleep pressure modulates single-neuron synapse number in zebrafish”的研究論文，該研究通過反復成像斑馬魚幼體在睡眠-清醒狀態下的所有興奮性突觸，作者發現，在清醒期間（無論是自發的還是強迫的）突觸數量增加，而在睡眠期間突觸數量減少，這種現象是依賴于神經元亞型的。然而，在長時間清醒后與高睡眠壓力相關的睡眠期間，突觸損失最為顯著，而在一個不間斷夜晚的后半段，突觸損失最少。

相反，在低睡眠壓力期間藥理誘導的睡眠不足以觸發突觸損失，除非腺苷水平升高而去甲腎上腺素能張力被抑制。作者得出結論，睡眠依賴的突觸損失在單個神經元水平上受睡眠壓力調節，并非所有的睡眠期都同樣能夠實現突觸穩態的功能。

雖然睡眠在整個動物王國中是保留的，但其確切功能仍不清楚。由于睡眠剝奪會導致認知表現的急性損害，許多理論認為與學習和記憶相關的突觸可塑性在睡眠期間優先發生。例如，突觸穩態假說（SHY）提出，清醒期間的突觸增強會導致突觸強度和數量的不可持續增加，必須通過睡眠期間的突觸減弱和修剪來重新正常化。這種依賴睡眠的重新正常化被認為廣泛影響大腦中的大多數興奮性突觸。許多但并非所有的實驗觀察表明，腦內突觸的變化與SHY一致。總體上，突觸基因、蛋白質和翻譯后修飾在清醒時上調，并在睡眠期間重新正常化。在果蠅和小鼠中，經過長時間清醒后，興奮性突觸的數量和大小增加，而在睡眠期間減少。對幼年和成年小鼠的小樹突段進行長期成像也被用來觀察與睡眠-清醒相關的突觸動態，而在斑馬魚中，促醒的下丘腦分泌素神經元的軸突末端受到晝夜節律的調控。然而，其他研究沒有發現睡眠-清醒狀態對突觸強度和神經元放電率的影響，還有一些研究觀察到睡眠期間的突觸增強。此外，同一神經元群體中的不同類型突觸在睡眠-清醒狀態下可以被差異化調節，這與觀察到突觸可塑性可以在樹突分支特異性方式下調節一致。這些觀察結果共同描繪了一個復雜的圖景，即睡眠如何雕塑突觸數量和強度，提出了關于睡眠依賴的突觸穩態是否在不同神經元類型之間均勻運作以及睡眠在何種尺度（如樹突、神經元、回路或群體）調節突觸的基本問題。

網狀脊髓神經元突觸數受睡眠和清醒狀態的調節（圖片源自Nature)為了檢查睡眠相關突觸可塑性的范圍和選擇性，至關重要的是全面追蹤單個神經元在睡眠-清醒狀態下的突觸變化。為此，作者使用了在體突觸標記工具在斑馬魚幼體中對相同神經元及其突觸進行反復長時間成像，使作者能夠繪制單個神經元在睡眠和清醒狀態下的突觸變化。參考消息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07367-3