从美国归来，一直致力于神经回路方面研究的, 浙江大学医学院百人计划研究员郭方，所做的科研主要针对果蝇,希望由此解开人类睡眠的机制。近日，其相关研究成果发布在知名期刊《神经元》（Neuron）上。

这项研究揭示了该神经回路决定睡眠和觉醒水平的作用机制，为阐述昼夜节律回路和睡眠回路的连接机制提供了非常重要的实验依据。该科研通讯作者除了郭方，还有一位大名鼎鼎的人物，即为郭方的“老板”、2017年诺贝尔生理学和医学奖获得者、美国布兰迪斯大学大学Michael Rosbash教授，当年，这位教授正是凭借对果蝇生物节律的研究而拿下诺奖。

果蝇的研究

睡眠“防火墙”被打破就无法深睡

果蝇不稀奇，寄生在杨梅、荔枝等水果里，凭借“体型小巧，生长快速，成本低廉，易于饲养”，而成为科研人员的好伙伴。在郭方的办公室里，放置着数千个玻璃小试管，每个试管里装着几十上百的果蝇。毛估估下来，这个果蝇实验室里有几十万的果蝇。

实验中，郭方及其同事们发现果蝇的节律神经元DN1有两簇投射，一簇向果蝇大脑前侧，一簇向果蝇大脑后侧。前侧投射到一个叫AOTU的脑区。它们支配着一群特殊的TuBu神经元，并通过其与更高脑区域的睡眠稳态中心-椭球体EB-R2神经元偶联。神经元DN1作为一个“开关”调控着EB-R2，激活APDN会在其中产生类似人类睡眠时的特定振荡模式。

在已有的研究中，当人类进入睡眠时会形成特定频率振荡的脑电波。那么，果蝇调控睡眠脑区的高频振荡，会不会和在高等动物的一样，起着睡眠时降低对外界反应的作用？

在实验中，郭方通过机械刺激实验来证明自己的假设。当果蝇睡眠时，他每隔半个小时都给果蝇一个机械振动，果蝇都会产生受激反应，从睡眠中惊醒，呈现出规律性的高活动，然后再逐渐入睡。

第一个实验，当只激活DN1神经元时，大脑中振荡波产生。果蝇在受到刺激后懒得动，醒来一下又迅速入睡。

第二个实验，科研人员还通过光遗传学的方式，激活DN1神经元，果蝇进入睡眠，再通过特定波长的绿光抑制EB-R2神经元中的振荡波。通过观察果蝇的行为发现，受到机械刺激时果蝇会迅速反应，显著性的增加了高活动状态，才重新进入睡眠。

通过这些实验，郭方发现，果蝇EB-R2中产生的特定振荡模式是一道“防火墙”，可以“屏蔽”外界信息的输入，让果蝇对外界刺激不敏感。“特定脑区的神经元产生某些频率的共振，可能让神经元锁定在某种状态，使外界信息无法输入。”郭方说，“当通过人为打破‘防火墙’，果蝇无法进入深睡状态。”

对这道睡眠“防火墙”的研究，还是一项起点性的工作。未来，可以通过药物，治愈失眠，让轻度睡眠患者拥有更好的睡眠质量。科研人员也猜想，随着对深度睡眠机制研究的深入，或许以后充足的睡眠不需要8个小时以上，通过调控深度睡眠，在更快时间内补充精力，睡眠2小时精神一整天也不无可能。

果蝇盒子的秘密

某一天晚上熬夜做实验灵机想到的

一位匿名评审专家曾评价：“研究中应用了最先进的遗传工具和实验技术来绘制神经回路。”那么，如何把这些技术更好的使用到实验中呢？这就要提到郭方和他的同事们研发的“果蝇”盒子专利。

这个实验盒英文名叫“flybox”，全身黑色，实际上是一个正方体，长宽高各20厘米左右，盒子内部构造不简单，安装了摄像头，正是这个摄像头持续记录96只果蝇的行为，能高通量的筛选调控果蝇行为的基因和神经回路。正是“体积轻便，易于操作”，郭方从美国搬回来1台方便在浙大做实验。

那么这个果蝇盒子是如何想到的呢？

这里先讲一个“失眠的果蝇”故事。和Michael Rosbash教授同时获得去年诺贝尔生理学和医学奖的Jeff Hall教授，70年代曾和同事在其导师Seymour Benzer教授的实验室里， 发现了一些“睡不好”的果蝇：其昼夜节律基因受到突变，很有个性的睡得早，醒得早。于是Seymour Benzer对这些果蝇产生了兴趣，发明了的仪器来监测其昼夜节律。

这个神奇的“果蝇”盒子，也是郭方在Rosbash教授实验室里，某一天晚上熬夜做实验，灵机一动想到的。“最早的原型是2015年开始研制，现在已经量产。不仅可以作为果蝇的实验平台，还可以用于记录蚊子、斑马鱼等小型动物的行为。”郭方说，目前，美国实验室的同事们已经联系当地中学，将这个盒子推广到中学里。

郭方说，随着相关实验的引入，他们在这个果蝇盒子里，装上了625nm的红色LED和550nm的绿色LED，能快速对神经元活性进行双向调控。同时也装上了电磁阀控制的睡眠剥夺装置，能定量的对果蝇进行机械刺激，来检测果蝇的觉醒阈值和睡眠深度。

杭+新闻2018年10月25日