雄雞報曉，蜘蛛半夜結網，向日葵在清晨開放……在生物體中廣泛存在的晝夜節律，對調節人們一天之中的運動、睡眠、代謝等諸多生理過程起著重要作用。比如，在人類社會中，一旦晝夜節律紊亂，會導致包括睡眠、情緒障礙在內的各種疾病。
因此，理解晝夜節律現象在神經系統中是如何產生、維持以及發揮作用的，是神經科學的重要研究方向，也與人類健康息息相關。2017年諾貝爾生理或醫學獎就頒發給了3位科學家，以表彰他們發現晝夜節律在分子水平是由一系列核心節律基因構成的轉錄翻譯反饋環路所產生。
不過，晝夜節律在大腦中是如何產生的?科學家們尚不清楚。日前，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心、上海腦科學與類腦研究中心、神經科學國家重點實驗室嚴軍研究組，在解碼大腦的晝夜節律方面有了新突破。
原來，大腦中有一個生物節律核心起搏器——視交叉上核，它驅動著我們的晝夜節律。但這究竟是如何做到的呢?研究團隊發現:就像稜鏡能把光線分解成不同顏色的光譜一樣，視交叉上核能夠接收視網膜傳遞而來的外界光暗信號，將其轉換為節律信號，不同的神經元通過相互作用產生不同相位的振蕩。這些不同的相位如同日晷上的不同時辰，能告訴我們現在是一天中的幾點鐘。
「這為研究哺乳動物晝夜節律的神經機制奠定了重要基礎。」中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心研究員嚴軍表示。
他告訴經濟日報記者，以往研究對視交叉上核全面的細胞分型、不同細胞類型在視交叉上核中的空間分布，以及這些細胞類型在晝夜節律中是如何發揮作用的，均不清楚。此次，研究團隊採用先進的單細胞技術，首次對小鼠晝夜節律中樞——視交叉上核開展了全面的細胞分型、重構和分析，獲得了視交叉上核不同細胞類型以及神經元亞型的時空基因表達，以及細胞構築等信息。
通過對不同晝夜時間點取樣的小鼠視交叉上核進一步分析，研究團隊發現，視交叉上核中各種非神經元細胞與神經元一樣，都存在廣泛的節律基因表達，這暗示了視交叉上核中各類細胞均有細胞特異性的節律功能。
有趣的是，研究團隊還發現，所有非神經元細胞中的核心節律基因振蕩相位均明顯晚於神經元中的振蕩相位;在神經元中，視交叉上核的神經元相對於非視交叉上核神經元，具有明顯更高的核心基因表達。
「以往研究表明，核心節律基因的表達在視交叉上核的神經元中呈現出同步振蕩，並且處於不同空間位置細胞具有不同的振蕩相位。」嚴軍說，如今，我們終於找到了這些細胞是什麼類型的細胞，這為下一步研究它們的功能，以及對它們實行操控打下了基礎。
經濟日報記者 沈 慧