大腦休息時如何過濾外界

休息中的動物看起來對周圍毫無反應，但危險出現時又能立刻醒來。大腦顯然不是單純把感覺通道關掉，而是有一套可被突破的過濾機制。2025 年發表於《Nature》的一項研究，在果蠅腦中找出了這套機制的線路。

果蠅腦中有一個稱為中央複合體的區域。研究團隊把會隨電位改變亮度的感測蛋白送進其中三群細胞，直接觀察電活動：與睡眠需求有關的R5 神經元、促進睡眠的 dFSB，以及傳遞視覺訊號並促進行走的 helicon 細胞。白天這三群細胞各做各的；到了夜晚，電位開始以每秒約一次的低頻節奏一起起伏，彼此相關性顯著上升。這種慢波受生理時鐘與睡眠壓力調控：時鐘基因 period 突變的果蠅，夜間的同步增強就消失。

研究者接著用光遺傳學，在清醒果蠅的 R5 神經元上人工製造每秒一次的慢波。果蠅隨即停止走動，進入安靜狀態；改成每十秒一次則測不到效果，顯示頻率本身就是關鍵。但牠們並沒有失去行動能力：吹一陣氣流，牠照樣加快腳步。但同一時間給予綠光，也就是平時足以叫醒睡著果蠅的刺激，牠卻毫無反應。

視覺訊息在哪裡被擋下來？團隊比對果蠅腦的連結體資料，發現 R5 與 helicon 都把突觸送到同一批 EPG 神經元，也就是負責記錄頭部朝向的導航細胞，而且位置緊鄰：約七成的 R5 突觸，最靠近的鄰居就是 helicon 突觸。電生理紀錄顯示，R5 使 EPG 電位下降，helicon使它上升，方向相反。當夜間慢波讓兩者同步起伏，兩股相反訊號便同時抵達、互相抵銷，視覺訊息因而傳不進導航系統。果蠅夜間 EPG 對光的反應確實明顯減弱，白天人工活化 R5 也能複製這個效果。

作者把這個機制稱為「可被突破的濾波器」。慢波是週期性的，每個週期都有神經元較易被激發的時段，夠強的刺激仍可能趁此穿過，動物因而醒來。這解釋了休息與警覺為何能並存：大腦靠兩股相反訊號的時間對齊，把不重要的刺激攔下來。哺乳類深睡期同樣有慢波，這項研究提供了一個可在單一細胞層次檢驗的候選機制。

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撰文：廖晨絜

原始論文：Raccuglia, D.; Suárez-Grimalt, R.; Krumm, L.; Ender, A.; Brodersen, C. B.; Jagannathan, S. R.; Freire Krück, M.; Pampaloni, N. P.; Rauch, C.; Winter, Y.; et al. (2025). "Network Synchrony Creates Neural Filters Promoting Quiescence in Drosophila". Nature, 646(8085), 667–675.

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09376-2.