近日，来自美国西北大学的神经科学家利用果蝇和小鼠进行研究发现了动物体内生物钟究竟如何发挥作用，在早上将其唤醒又在晚上使其睡去。相关研究结果发表在国际学术期刊cell上。
许多研究证明生物钟的作用机制类似于灯的开关。而在这项最新研究中，研究人员终于找到了这一开关，他们在控制节律的大脑神经元中发现，白天的时候钠离子通道活性很强能够使细胞变得活跃，最终唤醒动物，而高活性的钾离子通道能够在晚上使细胞发生静息，让动物睡去。并且，研究人员还发现在果蝇和小鼠中存在相同的睡眠循环机制。
研究人员指出，这表明调节睡眠循环的隐藏机制可能非常古老，这种循环机制可能已经在进化上保存了几百万年，如果在小鼠身上也存在这种机制，那么很有可能在人类身上也会存在。
研究人员将这种机制称为"自行车"机制：两个脚踏板在一天24小时内交替上下，向神经元传递重要的时间信息。而这两个脚踏板--钠离子通道和钾离子通道--在比较简单的果蝇体内和更加复杂的小鼠体内都保持活跃是让人出乎意料的。
在该项研究伊始，研究人员对于果蝇的节律神经元活性是否会随一天内不同时间发生变化心存疑问，通过研究他们发现果蝇体内存在很强的节律性：早上的时候神经元活性很强，晚上的时候神经元活性就会变弱。对其中机制进行研究发现，当神经元钠离子通道活性增强，神经元就会活动增加，将动物唤醒，而当钾离子通道活性增强，神经元就会静息下来，促进动物睡眠，这种钠离子和钾离子通道的平衡调节了动物的节律行为。随后，研究人员利用更加接近人类的小鼠模型进行研究也发现了相同的机制。
这项研究为人们更好地理解节律调节机制提供了重要信息，对于寻找治疗与飞行时差，换班工作等有关的睡眠障碍的靶向目标，开发治疗药物具有重要意义。
A Conserved Bicycle Model for Circadian Clock Control of Membrane Excitability
Matthieu Flourakis1, Elzbieta Kula-Eversole1, Alan L. Hutchison2, Tae Hee Han1, Kimberly Aranda3, Devon L. Moose4, Kevin P. White5, Aaron R. Dinner2, Bridget C. Lear4, Dejian Ren3, Casey O. Diekman6, Indira M. Raman1, Ravi Allada
Circadian clocks regulate membrane excitability in master pacemaker neurons to control daily rhythms of sleep and wake. Here, we find that two distinctly timed electrical drives collaborate to impose rhythmicity on Drosophila clock neurons. In the morning, a voltage-independent sodium conductance via the NA/NALCN ion channel depolarizes these neurons. This current is driven by the rhythmic expression of NCA localization factor-1, linking the molecular clock to ion channel function. In the evening, basal potassium currents peak to silence clock neurons. Remarkably, daily antiphase cycles of sodium and potassium currents also drive mouse clock neuron rhythms. Thus, we reveal an evolutionarily ancient strategy for the neural mechanisms that govern daily sleep and wake.