通过「提高睡眠效率」以减少「睡眠时间」可行吗？人的睡眠可以高效到何种程度？
目前在动物研究证据来看，可以实现减少睡眠时间。  人的状态无非是觉醒和睡眠两种,觉醒状态下可以保证高效的学习和工作，而良好的睡眠又是维持长期清醒的必备条件，如此形成相对固定的睡眠-觉醒周期：一天当中大约有16小时处于清醒状态、8小时处于睡眠状态，这便是人类有大约三分之一的时间是睡眠的由来了。   经典的双进程理论模型认为，睡眠-觉醒主要由生物节律和睡眠稳态两部分进行调控（1）。睡眠-觉醒周期由体内的生物钟进行控制，属于昼夜生物节律中最典型的一种；而睡眠稳态主要与睡眠压力密切相关，控制机体获得一定的睡眠量。随着清醒时间的延长，睡眠压力逐渐增大，随着睡眠的发生其又逐步减少。  另一方面，研究人员在2010年提出睡眠-觉醒的“跷跷板”模型,他们认为这两者相互遏制，相互促进（2）。  睡眠-觉醒行为的调控涉及大脑多个区域,其中基底前脑是关键的脑区之一，该脑区神经元释放的腺苷被认为是对睡眠稳态起到重要作用的分子物质（3）。    2020年9月4日中国科学院脑科学与智能技术卓越创新研究中心徐敏课题组联合北京大学李毓龙课题组在Science杂志上重磅发文揭示了基底前脑谷氨酸能神经元参与睡眠稳态因子腺苷的动态调控过程（4）。  实时检测大脑中腺苷浓度是一个技术难题。传统上采用微透析的方式测定腺苷浓度，存在操作麻烦、时间分辨率低等问题。为了解决这一问题，荧光探针领域著名学者李毓龙教授课题组通过对不同的腺苷受体进行筛选，选择出良好的膜运输和高荧光响应的荧光骨架蛋白，最终确定腺苷A2A受体作为候选的连接结构，研发出具有高时空分辨率、高特异性的基因编码的腺苷荧光探针Ado1.0。    图片来自于4：监测睡眠和觉醒状态下脑电活动和腺苷变化  研究人员将Ado1.0包裹在AAV病毒（简称AAV- GAdo）中并注射到基底前脑区域，发现相比于非快速眼动睡眠（NREM），在觉醒阶段有更高浓度的腺苷，并且在非快速眼动睡眠到觉醒阶段转变时伴随着腺苷浓度的快速变化。令人意外的是在NREM到快速眼动睡眠阶段的转变时，也存在着胞外腺苷浓度的快速上升。  由此，作者猜测这种快速变化的腺苷浓度可能与神经元活动密切相关。基底前脑主要存在GABA能神经元、胆碱能神经元（ChAT）和谷氨酸能神经元（Vglut2），之前研究表明光激活该脑区ChAT和Vglut2能神经元促进觉醒 。  研究人员向ChAT-cre小鼠的基底前脑同时注射AAV- Ado病毒和钙离子指示剂GCaMP6s，实现同时监测该脑区的ChAT神经元活动和腺苷浓度变化，发现在ChAT神经元钙离子活动与腺苷浓度变化有很强的相关性，并且腺苷浓度升高总是伴随在CHAT神经元活动之后。随后通过光遗传学激活ChAT能神经元后腺苷浓度也有所提升。  通过同样的办法，研究人员发现Vglut2神经元活动与腺苷浓度变化也有很好的相关性，激活Vglut2能神经元也能引起腺苷的升高，并且升高的幅度远高于激活ChAT神经元。这表明Vglut2神经元很有可能就是在睡眠-觉醒周期引起腺苷升高的重要“推手”。   基于这些结果，他们通过病毒策略诱导该脑区的Vglut2能神经元凋亡后（以下简称Vglut2消除小鼠），无论是觉醒阶段还是睡眠阶段，腺苷的浓度都有所降低。在进行睡眠剥夺实验后，正常小鼠和Vglut2消除小鼠在早期都会表现出类似的“补觉”行为，但是在后期Vglut2消除小鼠的非快速眼动睡眠时间明显少于正常小鼠，Vglut2消除小鼠睡眠压力显著减少。说明消除Vglut2能神经元可以减少基底前脑区的腺苷浓度，从而影响了腺苷对睡眠稳态的调控作用。     图片来自于参考文献4 总的来说，本文通过开发了新型高时空分辨率的腺苷荧光探针发现在睡眠-觉醒期间存在着胞外腺苷浓度的快速变化，揭示了睡眠稳态调控的神经机制。      审校：宋鹍博士（本文一作）    参考文献:  1.Borbely, A.A. A two process model of sleep regulation. Hum. Neurobiol. 1982, 1, 195–204  2. Saper C B , Fuller P M , Pedersen N P , et al. Sleep State Switching[J]. Neuron, 2010, 68(6):1023-1042.  3.Xu, M., Chung, S., Zhang, S., Zhong, P., Ma, C., Chang, W. C., Weissbourd, B., Sakai, N., Luo, L., Nishino, S. and Dan, Y. (2015) Basal Forebrain Circuit for Sleep-Wake Control Nat. Neurosci. 18: 1641-7  4.Peng et al., Science 369, 1208 (2020)，Regulation of sleep homeostasis mediator adenosine by basal forebrain glutamatergic neurons