光是調(diào)節(jié)我們生理節(jié)律的重要外部信號(hào)。我們每天的睡眠、飲食、免疫反應(yīng)、甚至精神專(zhuān)注度，都受到一個(gè)被稱(chēng)為“晝夜節(jié)律鐘（circadian clock）”的內(nèi)部系統(tǒng)的調(diào)控。雖然這個(gè)“鐘”運(yùn)行周期接近24小時(shí)，但它并非精確無(wú)誤，因此必須通過(guò)外部線索（特別是光）來(lái)不斷調(diào)整。

在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)這一節(jié)律的“大腦主控器”是下丘腦深處的一個(gè)小區(qū)域——視交叉上核（SCN）。它由約2萬(wàn)至4萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元組成，就像一枚精準(zhǔn)的中央手表，指揮著全身各種生理活動(dòng)的時(shí)間表。

當(dāng)我們跨越時(shí)區(qū)出現(xiàn)“時(shí)差反應(yīng)”時(shí)，正是因?yàn)檫@個(gè)內(nèi)部鐘表尚未與新的晝夜節(jié)律同步。雖然科學(xué)家早已知道眼睛中的“固有光敏視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞”（ipRGCs）可感知藍(lán)光并將信號(hào)傳送至SCN，但光信號(hào)在SCN中是如何被接收并轉(zhuǎn)化為具體的節(jié)律調(diào)整機(jī)制，長(zhǎng)期以來(lái)仍是一個(gè)謎。

現(xiàn)在，這一謎團(tuán)終于有了突破性進(jìn)展。

在《Nature Communications》上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，來(lái)自臺(tái)灣大學(xué)（NTU）與清華大學(xué)（NTHU）的研究團(tuán)隊(duì)利用“迄今為止最深層次的雙光子鈣成像技術(shù)”，首次在清醒小鼠體內(nèi)，直接觀察到了SCN中單個(gè)神經(jīng)元在接收到光刺激后的響應(yīng)模式。

“我們發(fā)現(xiàn)，SCN的反應(yīng)遠(yuǎn)比想象中復(fù)雜?！痹撗芯康谝蛔髡呷~博廷博士表示，“過(guò)去人們認(rèn)為SCN的重設(shè)是一種類(lèi)似反射的簡(jiǎn)單過(guò)程——光刺激→信號(hào)傳遞→生物鐘調(diào)整。但我們看到的是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，像是在進(jìn)行一場(chǎng)‘集體決策’。”

研究發(fā)現(xiàn)，光照并非激活所有SCN神經(jīng)元，有些被激活，有些則受到抑制；更有趣的是，每次實(shí)驗(yàn)中響應(yīng)的神經(jīng)元群體會(huì)有所不同，但激活與抑制的比例卻保持驚人一致。這意味著SCN并非以固定線路傳遞信號(hào)，而更像是大腦高級(jí)區(qū)域中的“靈活網(wǎng)絡(luò)”，具備動(dòng)態(tài)整合與決策的能力。

通過(guò)遺傳工具，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步識(shí)別出一小群在“夜晚早期”被光激活的SCN神經(jīng)元。這些神經(jīng)元在調(diào)節(jié)“推遲生物鐘”（讓小鼠第二天晚些入睡和起床）中起關(guān)鍵作用。研究人員還在不同時(shí)間段人為激活這些神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)即使在白天——即SCN通常對(duì)光“無(wú)動(dòng)于衷”的時(shí)段，也能成功讓小鼠的內(nèi)在節(jié)律延后。

“未來(lái)如果能精準(zhǔn)控制這些神經(jīng)元的活性，我們或許能開(kāi)發(fā)出應(yīng)對(duì)時(shí)差、治療失眠，甚至幫助‘夜貓子’早起的神經(jīng)調(diào)控方法?！钡谌髡摺⒉┦可潭黯a(bǔ)充說(shuō)。

該研究的通訊作者、陳士闊教授總結(jié)道：“調(diào)節(jié)生物鐘聽(tīng)起來(lái)就像簡(jiǎn)單地‘晚睡晚起’或‘早睡早起’，但背后的神經(jīng)機(jī)制，可能和你在紀(jì)念日挑選晚餐餐廳一樣復(fù)雜?！?/p>

通過(guò)揭示SCN內(nèi)部神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)光的精妙響應(yīng)，這項(xiàng)跨生命科學(xué)、物理與計(jì)算科學(xué)的合作，不僅挑戰(zhàn)了過(guò)去對(duì)生物鐘調(diào)控的傳統(tǒng)理解，也為未來(lái)開(kāi)發(fā)精準(zhǔn)節(jié)律療法打下基礎(chǔ)，或?qū)椭祟?lèi)更好地順應(yīng)自己的“生物節(jié)奏”。

參考文獻(xiàn)：Po-Ting Yeh et al, Discrete photoentrainment of mammalian central clock is regulated by bi-stable dynamic network in the suprachiasmatic nucleus,?Nature Communications?(2025).?DOI: 10.1038/s41467-025-58661-1

編輯：王洪

排版：李麗