能不能喚醒你？ — 睡眠中的訊號處理
想像你正在睡覺，但世界並非萬籟俱寂，而是充斥著"各種刺激"。例如：電視聲、嬰孩哭鬧聲、食物香氣、瞬間的閃電強光、或是有人叫著你的名字，那麼，你是否會被這些刺激喚醒呢？首先，有兩個重要的影響因素。其一：刺激的大小，例如：汽機車的喇叭聲可能吵醒你，但輕柔的電視聲也許不會；其二：刺激的種類，我們會傾向比較"顯著"的刺激，例如：有人呼喚你的名字，也許可以把你從夢中拉回，但如果是別人的名字通常我們就不會予以理會。
這次介紹的這篇研究，研究團隊將目光放在刺激的種類上，他們輸送各種氣味給睡眠中的果蠅，看看果蠅會不會被喚醒，氣味的種類是否有影響，研究成果發表在Nature期刊。
果蠅更容易被不喜歡的氣味喚醒
研究團隊已經設計出自動化機器，當偵測到果蠅靜止不動五分鐘，便判定果蠅進入睡眠時間，此時通入不同種類、不同濃度的氣味，看果蠅是否受氣味影響而醒來。另外，在果蠅清醒時，以trap assay測量果蠅對氣味的喜好程度(詳細方法見原論文)。Fig. 1. 為分析結果，由這條負斜率的回歸線可以看出，果蠅更容易被不喜歡的氣味影響，而從睡眠中醒來，顯示沉睡中的果蠅大腦依然能夠進行氣味的判別！
(註：但可以觀察同一個氣味在不同濃度下的反應，例如acetic acid，果蠅偏好5%，討厭10%，卻是5%更容易喚醒果蠅。)
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| Fig. 1. 果蠅被氣味的喚醒程度 vs 對氣味的偏好程度 (原論文 Fig. 2b) |
果蠅內在狀態影響氣味的顯著性(saliency)
不同的內在狀態，也有可能改變睡眠時對氣味的反應。研究團隊分別針對吃飽、飢餓的果蠅，做了一模一樣的氣味喚醒實驗，結果說明當果蠅處於飢餓狀態時，更容易被和食物相關的氣味喚醒(Fig. 2，每一欄為一種氣味，左側是和食物不相關的氣味，右側是和食物相關的氣味)，再次顯示睡眠中的果蠅依舊能分辨不同的氣味。
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| Fig. 2. 飢餓果蠅更容易對和食物相關的氣味有反應 (原論文Fig. 2c) |
相關神經迴路
嗅覺迴路在果蠅中已經被廣泛研究，一路從OSN → PN → KC → MBON，另外，果蠅的一個腦區fan-shaped body (FB)，也有研究證明有些在FB上的神經會調控睡眠，因此研究團隊尋找有傳送訊息到FB的MBON神經元。最後找到了一條可能的神經迴路，並藉由基因調控的方式證明相關神經元的確參與了睡眠中的訊號處理 (Fig. 3)。
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| Fig. 3. 神經迴路 (原論文 Fig. 4e) |
結語
心理學上，說道在睡眠中會體現潛意識，因此，睡眠中的大腦如何處理訊息也一直是科學家想深入瞭解的領域，透過果蠅這種模式生物，可以解析到單顆神經元的連結，並可藉由基因工具進行調控，最終，也希望能為解開意識之謎向前邁進。
撰稿：黃宣霈 H. P. Huang
原始論文：
French, A.S., Geissmann, Q., Beckwith, E.J. et al. Sensory processing during sleep in Drosophila melanogaster. Nature 598, 479–482 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03954-w
參考文章：
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