透視睡眠的科學－－《知識大圖解》 - PanSci 泛科學

了解生物時鐘是擁有一夜健康睡眠的關鍵。

你的身體由一個稱為視交叉上核的內建晝夜主時鐘所驅動，每個周期設定為 ... 0 0 1 文字 分享 友善列印 繁| 简 0 0 1 好書搶先看 活得科學 生命奧祕 透視科學 醫療健康 透視睡眠的科學－－《知識大圖解》 知識大圖解 ・2015/08/18 ・2182字 ・閱讀時間約4分鐘 ・SR值536 ・七年級 ＋追蹤 相關標籤： 大腦(308) 快速動眼期(5) 睡眠(96) 知識大圖解(21) 熱門標籤： 大麻(17) 量子力學(46) CT值(8) 女科學家(16) 後遺症(3) 快篩(7) 時間(37) 《科學生》科普素養閱讀一篇不到3元!! 年訂輸入summer1000，現折1000元 Source:wikipedia 睡眠占了我們一生中三分之一的時間，攸關我們的生存，然而經過多年研究，科學家仍不完全知道我們為什麼要睡覺。

睡眠的衝動能吞噬一切，如果我們被剝奪了睡眠，儘管處在可能危及生命的情勢下，最終還是會陷入沉睡當中。

睡眠在哺乳動物、鳥類和爬蟲類中相當常見，即使睡眠會妨礙我們執行進食、生殖及哺育幼體等任務，卻還是在演化中被保留了下來。

這是因為睡眠和維持生命的食物一樣重要；沒有它，大鼠在兩三個星期之內就會死亡──和餓死所需的時間相同。

有很多理論解釋我們為何要睡覺，從一天活動後歇息的一種方式、一種節約能量的方法、又或者僅僅是打發時間的說法都有，但是這些理論皆有瑕疵。

身體在我們靜靜坐著時也一樣能自我修復，晚上睡覺只為人體節省了約100卡的熱量，而且如果睡眠只是用來打發晚上無聊的時間的話，我們就不會需要在白天補眠。

缺乏睡眠造成的主要問題之一是認知能力下降；少了睡眠，我們的大腦根本無法正常工作。

記憶、學習、規劃和推理都變得非常吃力。

睡眠可分為非快速動眼期（NREM）和快速動眼期（REM）睡眠。

我們的睡眠絕大多數是NREM（約75%至80%），其特點是被稱為「睡眠紡錘波」的腦電波模式，與振幅高但頻率緩慢的德爾塔波（deltawaves），這是我們睡得最沉的時候。

沒有NREM睡眠，我們形成陳述性記憶的能力會嚴重受損。

深度睡眠對於將短期記憶轉移到長期記憶中儲存非常重要，同時也是身體釋放生長激素的高峰期，對於細胞複製與修復至關重要。

快速動眼期睡眠的功能還不明確；REM睡眠不足的影響沒有NREM睡眠不足嚴重，而且根據報告，缺乏REM睡眠的頭兩周對人類沒有太多不良的影響。

REM睡眠是我們能夢到最生動夢境的時期，但人類在NREM和REM睡眠中都能做夢。

在NREM睡眠中，夢一般來說比較抽象，而REM睡眠期間的夢比較生動也有較豐富的情感。

一些科學家認為，REM睡眠讓大腦有一個安全的地方可以練習處理我們可能不是天天會遇到的狀況或情緒；在REM睡眠期間，我們的肌肉暫時癱瘓，防止我們針對這些情緒做出行動。

其他人則認為，這可能是一種忘卻記憶或處理不想要的感情或情緒的方式。

這些設想都有其缺陷，也還沒有人知道真正的答案。

接下來幾頁中，我們將深入探討睡眠的科學，並嘗試解釋沉睡大腦的奧祕。

睡眠周期 在夜間，每90到110分鐘你就會經歷一段包含五個不同睡眠階段的睡眠周期。

睡眠的五個階段可以藉由測量腦中電活動變化的腦電波圖（EEG）來區別。

第一階段由你昏昏欲睡、飄浮在意識清醒與模糊之間開始，隨之而來的是淺睡眠以及接下來的兩階段深度睡眠。

你的大腦活動開始變慢，呼吸、心跳速率、體溫下降，你變得越來越難清醒過來。

最後，你的大腦再次活躍起來，恢復看來更像是清醒時的活動，此時你進入了快速動眼期（REM）睡眠；你最生動的夢境就在此時發生。

這種睡眠週期整晚會重覆發生好幾次，每一次的REM睡眠長度都變得更長一點。

睡眠障礙 有超過100種疾病會妨礙人們一夜好眠。

睡眠對我們的健康是必需的，所以干擾我們的睡眠品質或睡眠量都可能對日常生活造成嚴重的負面效應，影響生理和心理的健康。

請點擊以觀看大圖。

睡眠障礙可分為四大類型：入睡困難、難以保持清醒、難以維持規律睡眠模式的困擾，以及異常睡眠行為。

要經歷一番掙扎才能入睡或維持睡眠狀態被稱為失眠，這是睡眠障礙中最為人所知的一種；大約有三分之一的人在一生當中會經歷到失眠。

難以保持清醒或睡眠過度則比較少見。

最有名的例子是嗜睡症；患者白天會感覺到過多的睡意，有時會無法控制的陷入短暫睡眠。

難以保持規律睡眠模式的困擾可能是因為外界干擾正常的日常作息規律，例如時差或輪班工作所引起。

也可能是內部負責設定生理時鐘的腦部區域出問題所致。

異常睡眠行為包括夜驚、夢遊以及REM睡眠行為障礙的問題等。

夜驚和夢遊最常影響兒童，往往隨著年齡增長而自然解決，但其他睡眠行為則會持續到成年。

而REM睡眠行為障礙則是應該伴隨著做夢出現的肌肉麻痺沒有出現，患者因此隨著夢境而有所動作。

不同睡眠障礙的治療依據其特定困擾而異，而且可能簡單到只需營造出一個利於舒適睡眠的臥室環境即可。

如何一夜好眠 了解生物時鐘是擁有一夜健康睡眠的關鍵。

你的身體由一個稱為視交叉上核的內建晝夜主時鐘所驅動，每個周期設定為約24小時。

這個生物時鐘由陽光設定；藍光照射到你眼中的特殊受體上，接著反饋到主時鐘和松果體。

這抑制了睡眠荷爾蒙褪黑激素的製造，告訴你的大腦是該醒來的時候了。

暴露在光線中造成的干擾可能嚴重破壞你的睡眠，所以確保你的臥室越暗越好很重要。

許多電子儀器產生的光線足以重設你的生物鐘，而深夜使用背光螢幕會擾亂大腦，防止褪黑激素產生，延緩睡眠。

確保你在早晨看到陽光有助於維持生物時鐘的韻律，即使在週末也遵守規律的睡眠時間有助於保持這種規律性。

另一個一夜好眠的重要因素是睡前放鬆。

咖啡因和尼古丁等刺激物讓大腦保持警覺，會嚴重擾亂你的睡眠，甚至是酒精這類抑制劑也有負面影響；雖然能鎮靜安神，卻會干擾正常的睡眠週期，妨礙你得到足夠的深度及REM睡眠。

      本文節錄自《HowItWorks知識大圖解國際中文版》第11期（2015年8月號） 更多精彩內容請上知識大圖解 發表意見 文章難易度 剛好 太難 所有討論 0 登入與大家一起討論 知識大圖解 76篇文章 ・ 6位粉絲 ＋追蹤 HowItWorks擅長將複雜的知識轉化為活潑有趣的圖解知識，編輯方式以圖像化百科呈現，精簡易懂、精采動人、深入淺出的圖文編排，讓各年齡層的讀者們都能輕鬆閱讀。

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失去嗅味覺的持續時間不一，根據追蹤研究，有將近46%的確診者在確診一年後，依舊有嗅覺障礙的症狀，其中有將近7%的感染者甚至完全失去嗅覺能力。

有將近46%的確診者在確診一年後，仍有嗅覺障礙的症狀。

圖/Pressmaster 為了給予正確的治療，科學家開始提出為何確診者會失去嗅味覺的幾項假說： 假說一：鼻腔中支持細胞受影響，氣味受體減少 在疫情初期，研究1認為SARS-CoV-2病毒會直接攻擊嗅球上的嗅覺神經元，或是間接攻擊鼻黏膜上的支持細胞（sustentacularcells），使得嗅味覺受到影響。

研究人員分離了容易受到SARS-CoV-2攻擊的細胞所攜帶的蛋白質，發現可能與帶有ACE2或是TMPRSS2的基因有關。

嗅覺神經元周邊的支持細胞、幹細胞和血管周邊細胞上都表現了ACE2的受體蛋白，很有可能會受到SARS-CoV-2的攻擊，而影響化學受器的正常運作。

紐約哥倫比亞大學的生物學家StavrosLomvardas更延伸了這個想法2。

研究團隊解剖了過世的確診者與實驗鼠的鼻腔，利用UMAP進行單細胞定序分析結果發現，雖然嗅球上的嗅覺神經元數量看起來未減少，但細胞核的染色體排列受到攪亂，導致鼻黏膜上用來偵測氣味的化學受器，卻比一般未確診者要來的少的很多。

確診者的嗅球上的嗅覺神經元數量看起來未減少，但細胞核的染色體排列受到攪亂，導致鼻黏膜上用來偵測氣味的化學受器變少。

圖/iLexx 假說二：UGT2A1、UGT2A2出現基因突變3 這個假說想解釋的是為什麼有部分確診者「嗅覺喪失」的持續時間，比其他的確診康復者還要長久。

研究調查了69841名嗅味覺受到影響的確診者，發現UGT2A1、UGT2A2這兩對基因，似乎在確診後可能出現點突變，影響這兩對基因的表現，使嗅覺上皮代謝氣味分子的能力受到影響，進而改變嗅味覺。

假說三：大腦嗅覺皮質部分受損，導致嗅味覺受到影響4 此研究調查了英國生物資料庫中，785名51歲到81歲的受試者的腦部MRI掃描，其中有401位受試者在前後兩次腦部掃描期間感染COVID。

研究人員發現腦部有三大變化：大腦嗅覺皮質和海馬旁回的灰質厚度和組織密度都明顯減少、初級嗅覺皮質有組織受損、有部分的感染者甚至出現大腦整體萎縮的現象。

這三大現象，可能會降低嗅覺上皮偵測氣味分子的能力，因此影響大腦接受嗅味覺刺激的能力。

通過腦部掃描，發現確診者的腦部有所損傷，這可能也是導致嗅味覺失常的原因。

圖/engagestock 嗅味覺喪失可能的治療？ 由於嗅味覺本來就是相當容易受到干擾的特殊感覺，目前還沒有完善的藥物治療方式，例如給予鼻噴劑型的類固醇、注射PRP的效果也不佳。

因此有許多餐飲界的企業，紛紛想要參與嗅覺刺激的研究。

倫敦大學感官中心（CentreforthestudyoftheSenses）的BarrySmith教授，試圖與餐廚界合作，用口感結合氣味的訓練方式，刺激患者的大腦，增強對嗅覺的敏感度。

英國生鮮箱新創Gousto與慈善機構AbSent合作推出「FlavourSaviour」，結合了四種嗅覺訓練用的嗅瓶以及醬料包。

試著讓失去味嗅覺的確診者，回想起自己熟悉的味道，希望能藉此強化味道與記憶的連結5。

參考文獻： 1.Non-neuronalexpressionofSARS-CoV-2entrygenesintheolfactorysystemsuggestsmechanismsunderlyingCOVID-19-associatedanosmia.Scienceadvances,6(31),eabc5801.https://doi.org/10.1126/sciadv.abc5801 2.Non-cell-autonomousdisruptionofnucleararchitectureasapotentialcauseofCOVID-19-inducedanosmia.Cell,185(6),1052–1064.e12.https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.01.024 3.TheUGT2A1/UGT2A2locusisassociatedwithCOVID-19-relatedlossofsmellortaste.Naturegenetics,54(2),121–124.https://doi.org/10.1038/s41588-021-00986-w 4.SARS-CoV-2isassociatedwithchangesinbrainstructureinUKBiobank.Nature,604(7907),697–707.https://doi.org/10.1038/s41586-022-04569-5 5.https://flavour-saviour.co.uk/ 發表意見 所有討論 0 登入與大家一起討論 AaronH. 25篇文章 ・ 20位粉絲 ＋追蹤 非典型醫學人，既寫作也翻譯，長期沉迷醫療與科技領域。

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然而，音樂卻承載著人類的歷史文化，具有豐富多變的形式。

在淵遠流長的時間長河下，難道音樂真的一點用武之地也沒有嗎？喔不，誤會可大了！其實音樂就像一塊生乳酪蛋糕，只要將其中的基本元素加以烹調，就能變成像是說話、唱歌般的輕乳酪和重乳酪蛋糕！高熱量會讓大腦upup動起來消耗卡路里，不僅會分泌多巴胺，還能強健體魄，就讓我們來告訴你關於聽覺乳酪蛋糕可能會讓你很意外的point吧！ 享受音樂就像是吃了一塊乳酪蛋糕。

圖／Pexels 音樂、說話和唱歌，就像是生乳酪、輕乳酪和重乳酪蛋糕 試著打開Google翻譯，請Google小姐唸唸看「紅鯉魚與綠鯉魚與驢」或是「紅鳳凰黃鳳凰藍鳳凰粉紅鳳凰」，你是否發現，相較於真實語言，少了那麼點韻味呢？其實，口說語言的自然語韻就蘊含著音樂成分，節律及語調不僅暗藏著溝通線索，其中的音高、節奏與音量變化所組織而成的旋律，還能夠製造情緒的張力！ 音樂的發展其實和語言同步，人類約需要花費25到50毫秒來辨認不同樂器的音色，而在提取話語中每一個音節的音素，所耗費的秒數也差不多。

在媽咪的子宮時，我們就透過媽咪的聲音進行聽能訓練，學著將聲音與情緒連結。

初來乍到這個世上時，我們更是保留了對於各種聲音的敏感度，直到6個月大時，才逐漸被身處的文化習染，偏好特定的語言與音樂表現形式，為日後的發展奠下基石。

因此，我們從小講話就不像Google小姐平直呆板，而是能隨著自身的狀態與情緒發聲（ENT&AudiologyNews,2016;Brandtetal.,2012）。

原來，一字一句，不僅是平上去入的分別，還有著音高的起伏、節奏的快慢、音量大小的變化，宛如歌唱一般。

我們很自然地懂得要將「紅鯉魚與綠鯉魚與驢」的「與」放輕，也懂得在不同顏色的「鳳凰」之間稍作停頓。

如果想強調某個詞彙，便會加重語氣，比如在句末把「驢」字拉長，同時拔尖聲音、提高音量。

如此一來，就更能讓聽者注意到「驢」的存在——「池塘裡明明游著紅鯉魚與綠鯉魚，怎麼突然出現驢子呢？」 由此看來，音樂、歌唱和說話的核心元素似乎沒有太多不同。

透過這些高低起伏的韻律、有快有慢的節奏等特徵，都能讓對方聽得更輕鬆、理解更順暢！ 享受蛋糕前，大腦得要onemoretwomore動起來 要感受旋律的音高與和聲變化，需要倚靠聽覺系統順利運行，但大腦這台超級電腦可沒那麼簡單。

一首曼妙的舞曲通常需要結合不同的腦區互相合作，溝通往來，例如「音調」便可能同時牽涉到小腦與前額葉皮質的運作（TheKennedyCenter50,n.d.）。

那麼，音樂當中許多不同的組成元素，又分別由哪些腦區協調、操控呢？ 嘻哈歌手動感又富含節奏性的饒舌歌曲，平平仄仄平，自成韻律，是音樂中不可或缺的元素。

不管是用手指頭輕輕叩打桌面，還是拿起鼓棒奮力向鼓面一擊，都會牽涉到小腦和運動皮質的運作。

從西方的古典音樂到藍調、民謠，甚至是爵士樂與搖滾樂，不同的音樂風格都有既定的模式，久而久之，人們便有了預期心理，而大腦的前額葉皮質便有偵測節奏是否規律，判斷音程、調性是否合理的功用。

然而，也正是這種機制的存在，人們對意想不到的編曲會感到驚喜，而情緒的引發又有賴於小腦、伏隔核和杏仁核的運作。

如果要在音樂會演奏一場曲目，更是會牽涉到小腦、視覺皮質、感覺皮質與運動皮質的同步運作，就算有譜可以偷瞄一眼，也必須練到滾瓜爛熟，讓記憶能儲存到海馬迴。

畢竟，不看指揮，指揮可是會生氣的呢（TheKennedyCenter50,n.d.）！  不同的腦區協力運作，才能對聽到的歌曲感到放鬆愉悅，甚至順利將其演奏出來。

圖／TheKennedyCenter 既能像乳酪蛋糕帶來愉悅，又能像彈力帶般健腦凍齡 近來健身風氣盛行，上班族坐久了，下班都需要活絡筋骨，而音樂也像是大腦聽覺系統的健身器材，讓每一條聽覺神經更為強健、敏銳。

所謂的音樂訓練講究主動參與，是一種高強度的認知訓練，不僅講求每一個音符和表情符號都要達到有效的情緒溝通與渲染效果，還必須對聲音的細節，諸如音高、時值、音色等，保持敏銳的感受力，甚至涉及工作記憶（workingmemory）、執行功能（executivefunction）以及多重感官的整合，學會如何分辨不同的聲部，跟著主旋律，與其他歌手、樂手合作表演。

每一次的練習，都是在強化耳蝸、腦幹與聽覺皮質間的迴路，形成一反饋系統——這就是為什麼音樂家對於聽覺訊號會特別敏感，甚至能預測音樂進行走向的緣故（Kraus&Chandrasekaran,2010）。

在神經科學的研究中，就發現音樂家的腦波活動異於常人，不但對高音出現更明顯的反應，在偵測非語言訊號（像是嬰兒的哭鬧聲）等，反應也比未接受過音樂訓練的人強烈。

大量的聽覺刺激使音樂家對於言語中的基礎頻率、時值變化、諧波組成成分，以及子音過渡到母音的起始點更為敏銳，甚至是在聽覺相關的注意力、記憶力都有較好的表現，能在嘈雜的環境中辨識語音。

音樂訓練可說是練就了音樂家耳聽八方的能力，促進其聽能技巧的發展（Kraus&Chandrasekaran,2010）。

音樂家（紅線）對高音以及嬰兒哭聲的腦波反應比未經過音樂訓練的人（黑線）來得強烈。

圖／Nature 不用人人都是蛋糕師傅，純享用也可以 相信學音樂的人一定對「我沒學過音樂啦！不懂啦！」這句話不陌生。

不管是樂團主唱還是合唱團員，也時常聽到對方聲稱自己不會唱歌，彷彿音樂訓練是一種標誌，是享有特權的人才能擁有的專利。

然而，生活周遭中的音樂俯拾即是，不管是戴著耳機播放自己建立的最愛清單、關注最新的歌曲排行榜，還是看電影、玩遊戲時，使人身歷其境、驚心動魄的背景音樂，或是唱卡拉OK、參加演唱會時，不自覺的身體律動等等，都會讓人潛移默化，足以吸取對特定文化背後所富藏的音樂相關知識（Putkinenetal.,2013）。

研究更指出，早年的音樂活動可能會帶動聽能技巧與注意力的發展，進而對學齡後的語言表現造成正面影響。

而在電生理訊號的研究中，參與音樂活動的多寡又與2到3歲孩童對聽覺刺激反應的偵測能力相關。

此時，你是不是正回想著小時候有沒有乖乖去操場跳早操，然後好好上音樂課、吹直笛呢（Putkinenetal.,2013）？  音樂活動有助於提升聽能技巧與注意力的發展。

圖／Pexels 關於聽覺乳酪蛋糕可能讓你很意外的point 音樂的「健耳」功效也常用在聽損療育。

相較於正常耳蝸有著高達3,500個毛細胞，能處理20到20,000赫茲間的聲音頻率，人工電子耳只有12到22個電極來處理200到8,500赫茲之間的語音頻率。

因此，配戴電子耳的人，面對較為細緻的聲音處理（如語言韻律與情緒感知）需要更大的音高變異性，才能察覺其中的分別；另外，有研究指出，在分辨中文聲調時，這些人也會遇到困難（Jiam&Limb,2020）。

此時，在聽能復健中導入音樂便十分重要，因為許多歌曲就涵蓋大量重複、輪替的編曲技巧，不僅能讓聽損者仔細聆聽，也有說唱的機會，更能增加互動性、增強自信心、提升社交生活品質（Torppa&Huotilainen,2019）。

人在年老時，聽覺神經的反應會逐漸下降，但根據陸續進行中的相關研究，晚期音樂的介入還是能達到終身音樂學習的效果，只是幅度較小。

此外，音樂不僅有抗老化的作用，還能提高老人家參加社交活動的機會。

透過節奏來帶動感官認知與運動整合，還能防止老人家摔倒（Kraus&White-Schwoch,2017）。

此時此刻，你是不是想打開音樂軟體，盡情地享受這塊營養又美味的乳酪蛋糕呢？ 參考文獻 Brandt,A.,Gebrian,M.,&Slevc,L.R.(2012).Musicandearlylanguageacquisition. Front.Psychology, 3:327.Garrido,C.(2016).Whydoesmusicmoveus?Musicasauditorysignalsofemotion.ENT&AudiologyNews.Jiam,T.N.,&Limb,C. (2020). Musicperceptionandtrainingforpediatriccochlearimplantusers. ExpertReviewofMedicalDevices, 17:11, 1193-1206.Kraus,N.,&Chandrasekaran,B.(2010).Musictrainingforthedevelopmentofauditoryskills. NatRevNeurosci, 11, 599–605.Kraus,N.,&White-Schwoch,T.(2017).MusicKeepstheHearingBrainYoung.HearingJournal,70(11),44–46.Putkinen,V.,Saarikivi,K.,&Tervaniemi,M.(2013).Doinformalmusicalactivitiesshapeauditoryskilldevelopmentinpreschool-agechildren?. Front.Psychol., 4:572.McCollum,S.(2019).YourBrainonMusic:TheSoundSystemBetweenYourEars.TheKennedyCenter.Torppa,R.,&Huotilainen,M.(2019).Whyandhowmusiccanbeusedtorehabilitateanddevelopspeechandlanguageskillsinhearing-impairedchildren.HearingResearch,380:108–122. 發表意見 所有討論 0 登入與大家一起討論 雅文兒童聽語文教基金會 36篇文章 ・ 194位粉絲 ＋追蹤 雅文基金會提供聽損兒早期療育服務，近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育，並普及聽力保健知識，期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子，替聽損者營造更加友善的環境。

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一個生物體會反覆在不同的變化中，維持著某種「動態平衡」，無論是體溫、血壓還是血糖，身體內這些物理或化學條件的恆定性，是許多生理反應的核心，也是讓身體各部位可以在正常範圍內運作的主因。

然而，身體的調節不見得只是機械性的生理變化，更可能還牽涉到與微生物的互動。

自2004年「腸腦軸線」(gut-brainaxis)的概念出現，科學家對於生活在腸道中的微生物如何與大腦互相交流影響，有了越來越多的理解。

大腦與微生物之間的關係，可能比你想像中的近。

圖/pixaday 許多疾病，也與腸道生物有關？ 雖然有很多細節待釐清，但有許多研究發現到腸道微生物的種類與許多嚴重疾病有關聯，如自閉症、焦慮症、肥胖症、精神分裂症、帕金森氏症與阿茲海默症等。

以往的研究認為，腸道微生物群的代謝產物，如短鏈脂肪酸、支鏈胺基酸與肽聚醣(peptidoglycan)等成分會透過免疫系統、迷走神經、腸道神經叢進行調節，與大腦互相交流，因此也有人主張應該稱之為「微生物─腸─腦軸線」。

過去科學家發現微生物影響大腦的途徑，基本上都是比較間接的。

但在2022年4月15日的《科學》(Science)中，科學家發現到腦部的下視丘(hypothalamic)神經元可以直接偵測細菌活動的變化，相對應的調整食慾與身體溫度。

也就是說，這似乎是科學家第一次找到微生物直接跟大腦「對話」的證據。

微生物怎麼影響你？NOD2──模式鑑別受器 首先介紹本次研究中最重要的腦部構造，下視丘(Hypothalamas)。

下視丘位在腦的基底，在一般成年人身上大概只有一顆碗豆的大小，卻負責調控非常多重要的生理機能，包括體溫、情緒、飢餓、口渴。

下視丘還負責調控腦垂腺前葉，參與多種內分泌調控。

可以說，微生物如果能夠影響下視丘的功能，相當於開啟了影響生理機制的大門。

回到微生物，剛剛有提到微生物釋放在血液中的物質可以影響宿主的免疫、代謝與大腦等等功能。

這些代謝產物會被生物體內許多受器所感測。

最具代表性的受器為模式鑑別受器(patternrecognitionreceptors,PRRs)。

過去，科學家認為模式鑑別受器主要由先天免疫系統的細胞，偵測微生物病原體或者受損的細胞黏膜表面、組織間與細胞內出現病毒、細菌、真菌的訊號。

其中，有一種模式鑑別受器被稱為NOD2(Nucleotide-bindingoligomerizationdomain-containingprotein2)，會偵測細菌細胞壁的主要成分肽聚醣（也稱為細胞壁胜肽（muropeptides）。

因此，科學家過去認為，NOD2的功能有可能就是幫助免疫系統辨識細菌細胞壁的碎片。

利用腦部成像技術，科學家進一步觀察小鼠腦部的不同區域，尤其在下視丘，紀錄NOD2受器的表現。

結果證明，若是缺乏NOD2受器的腦袋可是會出問題的，過去科學家們已經確定NOD2受器的突變，與消化系統疾病如克隆氏症(Crohn’sdisease)有關，也與幾種神經系統疾病與情緒障礙有關聯。

小鼠研究中揭露了，NOD2可能在多種免疫與神經的機制上扮演了重要的角色。

為了進一步解相關的功能，團隊還開發出一種在下視丘區域缺乏NOD2受體的小鼠，這些小鼠對於許多行為與生理包括體溫保存、築巢行為、晝夜節律、禁食與腎上腺刺激等等都有所減弱。

更長時間的觀察還顯示，這些失去NOD2的小鼠體重會增加，且更容易罹患第二型糖尿病，這些情況尤其在年老的雌鼠上更為嚴重。

透過小鼠研究，科學家發現NOD2可能在多種免疫與神經的機制上扮演了重要的角色。

圖/SCIENCE 細菌與神經元的你增我減 那麼，正常小鼠的NOD2受體作用是什麼呢？若小鼠擁有正常的NOD2神經元，其神經活動在遭遇到肽聚醣時會受抑制。

換句話說，如果NOD2受器消失了，這些神經元就不再受到抑制。

肽聚醣在腦部、血液或腸道中都被認為是細菌增殖(proliferation)的標誌物，而研究發現，不管是口服或腸道菌釋出肽聚醣都會抵達大腦的許多區域，包括下視丘中，負責體溫調節、進食行為的弓形核(arcuatenucles)。

而其中的GABA神經元在接觸到肽聚醣時，也會遭到抑制。

研究人員進一步測試微生物與NOD2在下視丘GABA神經元的表現，是否確實與食物攝取和體溫調節有關？研究顯示，在使用抗生素消除微生物，或是以病毒消除在下視丘的NOD2基因表現後，都會導致年老的小鼠體重增加與行為改變。

至此，科學家初步證實，下視丘神經元可以直接偵測到細菌的成分，並改變進食、築巢與體溫調節的行為。

微生物非常有可能能夠藉由NOD2來調節宿主的一些行為，或者反過來也可以解釋成，大腦藉由NOD2受器接受到的訊號，來偵測微生物的狀況、進行一些調節。

微生物幫助你維持完美平衡 某種程度上，腸道菌可能被大腦視為攝入食物品質的某種直接指標；而另一方面，腸道菌的增長或死亡也與腸道的恆定或病理機制有關，因此下視丘進行調節可能至關重要。

下視丘主掌的多種生理調控，在腸道菌生長得「不如人意」時，改變攝食與體溫來調整腸道菌相，似乎也相當合理。

反過來，某些腸道菌叢可能也會提供調節訊號，以維繫適合自己的生活環境。

影響腸道細菌生長最主要的兩個因子，就是食物以及體溫。

舉例來說，大量攝取單一種類的食物，有可能會導致某些細菌甚至是病原菌不成比例的生長，因而危及腸道平衡。

因此對於腸道菌來說，有管道可以「上達天聽」似乎是頗合邏輯的。

整個調控機制到底是腸道菌主動、大腦掌握主導權，抑或是兩者基本上「狼狽為奸」，尚待進一步的研究。

然而發現大腦可以直接偵測細菌活動，即使是遠在腸道的腸道菌的增生或是死亡，也讓我們了解到大腦與身體待解的謎題，或許遠比想像中還來的多。

細菌細胞壁的肽聚醣會影響下視丘神經元與代謝，那還有沒有更多細菌影響大腦功能的機制呢？本次發現到NOD2受器在中樞神經中扮演的角色，未來是否能以此為開端，為腦部疾病與代謝性疾病，如糖尿病與肥胖症找到新的治療手法？就讓我們繼續看下去吧！ 參考資料： InstitutPasteur.(2022,April15).Decodingadirectdialogbetweenthegutmicrobiotaandthebrain.ScienceDaily.RetrievedApril29,2022fromwww.sciencedaily.com/releases/2022/04/220415100551.htmGabanyi,I.,Lepousez,G.,Wheeler,R.,Vieites-Prado,A.,Nissant,A.,Wagner,S.,…&Lledo,P.M.(2022).BacterialsensingvianeuronalNod2regulatesappetiteandbodytemperature.Science,376(6590),eabj3986.Cryan,J.F.,O’Riordan,K.J.,Cowan,C.S.,Sandhu,K.V.,Bastiaanssen,T.F.,Boehme,M.,…&Dinan,T.G.(2019).Themicrobiota-gut-brainaxis.Physiologicalreviews. 發表意見 所有討論 0 登入與大家一起討論 TingWei 13篇文章 ・ 10位粉絲 ＋追蹤 據說一生科科的生科中人，不務正業嗜好以書櫃堆滿房間，努力養活雙貓為近期的主要人生目標。

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