脑中的定时器

脑中的定时器

时间，是客观存在的。现代人测量时间的方法是使用钟表。你知道吗？生物体内还存在着一种看不见的“钟表”——生物钟呢！

生物钟实际上就是生物体控制生命活动的定时器。比如说植物，不同的植物开花的时间就不相同。万寿菊开花的时间是在上午7点；山柳菊开花的时间在上午8点；西番莲在中午12点开放；月见草在下午6点开放。这些开花植物体内似乎都存在着一个定时开花的“花钟”。在18世纪，植物学家林纳斯首先认识到了这个现象，他于是就设计了一种“花钟”。他把一个大的圆形花坛当作一个钟表，在每一个钟点上都分别种上在那个时间开花的植物，所以，到花园内游玩的人只要一看到花坛中这些植物的开花情况，就知道是什么时间了。

动物的体内也存在着记录时间的定时器。比如说猫头鹰，它的体温恰好在午夜12点时最高；蜘蛛大多在夜间的12点到清晨的4点之间进行织网活动。雄鸡总是在冬夜天亮以前伸颈高歌、啼鸣报晓，在过去计时钟表还不普及的农家，人们就是根据雄鸡鸣叫的遍数来决定自己的起床时间。

其实，我们人体内也同样存在着这样的定时器。许多人每天清晨醒来起床，这自不用说。因为特殊情况，当需要提前2小时起床时，即使是不用钟表定时呼叫，到时候也会自己醒来的。这就是说，我们身体里面就存在着一个定时器，负责在我们该起床时把我们唤醒。

不同的生物在什么时间该干些什么是有自己的活动规律的。这种活动规律实际上就是生命的节奏。

生物的各种生理活动，按照一定的先后顺序发生周而复始的节律性变化，表现出的这种生命活动节律，科学家们叫做生物节律。不同生物其活动的生物节律周期是不一样的。同一种生物体内的不同生理活动，其生物节律周期也是不一样的。科学家们根据生命活动节律周期时间的长短，将生物节律分为低频节律、中频节律和高频节律三大类。

金鸡报晓

低频节律的时间周期比较长，又有按照年、按月、按周变化的。如人体增长就有春季身高增加较快、冬季体重增加较多的年周期节律。进入成年的育龄妇女，大约每个月都有一次月经来潮，这就是月周期节律。长期定时工作学习的人，每到周末，其工作学习效率都有所下降，而相应的在周初，效率都比较高，这就是周周期节律。

中频节律是指按照日（昼夜24小时）变化的节律。在人体，最明显的日周期节律莫过于日出而作、日落而息的觉醒和睡眠周期了。当然，我们体内还有许多种不易直接观察到的日周期变化节律活动，譬如我们的体温，在一天中总是凌晨2～6点时最低、下午1～6点时最高；此外，动脉血压、某些激素的分泌水平、新陈代谢水平、尿量等等，也都存在着昼夜节律变化。

高频节律的时间周期比较短暂，周而复始的活动变化比较快。如我们的呼吸节律，平静状态时12～18次/分；当剧烈运动时，可达到40次/分以上，这时每呼吸一次只需要1秒钟多一点儿。再如我们的心动周期，安静时成年人为72次/分，一个心动周期为08秒；当剧烈运动时，可达到200次/分，一个心动周期也只有03秒！

世界上第一个测定人体生理活动节律的实验室，是由一位叫做桑克托里斯的科学家在1657年建立的。他设计出一间房子，里面配置了全部的生活用具，自己连续几个月住在里面，由一位仆人负责从房子的顶部供应他的食物，并负责对他随时称量体重，检查体重的变化。桑克托里斯第一个发现人体中有一种与出汗有关的昼夜节律，第一个发现成年男性的体重和尿液的浊度具有以30天为周期的月节律。如今，我们已经了解到了许许多多的人体生理活动节律。但是在200多年以前，桑克托里斯的发现就是很了不起的成就。那么，体内的生物钟隐藏在什么地方呢？

确定生物钟在体内的藏身之处，最简单的研究方法就是生物摘除法，也就是采用手术的方法分别摘除生物钟可能藏身的器官。由于低等动物的身体构造要远比高等动物简单得多，所以开始的研究是从低等动物身上进行的。

蟑螂是一种夜行性昆虫，摘除头部的蟑螂也能存活好几个星期。科学家们发现，如果摘除了蟑螂的前脑（由视叶和间脑组成），白天它们就不再“休息”，24小时全天候地频繁活动，完全失去了它们在夜间活动的节律。假如在摘除前脑时，将间脑的一部分神经分泌细胞保留一小部分，蟑螂的节律活动是能够再现的。这说明蟑螂的昼夜节律生物钟存在于脑中。

脑中存在着定时器！

美国的科学家们在研究中发现，当摘除了麻雀脑中的松果体以后，麻雀的日活动节律就完全丧失了，这样的麻雀就整天活动个不停。非常有意思的是，如果把另一只麻雀的松果体移植到摘除了松果体的麻雀脑中时，这只麻雀的生物节律就重新恢复，而且是按着给予松果体的那只麻雀的生物节律活动。

这说明，鸟类的定时器存在于松果体的细胞中。

日本的科学家对报晓的雄鸡研究结果也表明，松果体的细胞是定时器的藏身之处。松果体的细胞能够分泌一种叫做褪黑激素的化学物质，这种激素能够抑制鸟类动物的活动。每当黑夜来临时，鸟类动物的松果体细胞就分泌出较多的褪黑激素，使动物停止活动、安静下来休息。科学家们在雄鸡的脑内植入装有褪黑激素的胶囊以后，发现雄鸡就睡着了。

松果体是所有脊椎动物的脑中都存在的一个小内分泌腺。在哺乳动物和人，松果体深深埋藏于两个大脑半球之间，因为它的形状很像一颗小松果，因此取名叫做松果体。

蜥蜴的松果体位于颅盖骨顶上的皮肤下面，它们可以直接对外界的光线变化做出反应。很显然，在依靠光照节律安排活动的动物，松果体被认为是体内的“总”时钟。然而，任何哺乳动物的松果体都深埋在脑的中央部位，光线显然是不能直接到达那里起作用的。

但是，哺乳动物依靠眼睛可以获取外界光线信息。科学家们认为，光线进入眼睛的视网膜以后形成图像，激发视神经产生电脉冲。电脉冲由视神经纤维的主线将信息传到大脑皮质枕叶的视觉中枢产生视觉。但是在脑中，从主线上又分出一小束神经纤维把信息传给脑的其他细胞，后者再传送给松果体，这样使松果体也能够时刻获取到环境的光照强度和光照的持续时间。

但是科学家们发现，在哺乳动物摘除了松果体以后，并未发现它们的昼夜节律活动发生什么明显的改变。这说明哺乳动物脑中的其他部位还存在着另外的定时器。哺乳动物脑中的定时器又隐藏在哪里呢？

对此，有一个叫理切特的科学家做了大量的研究。1967年，他用鼠进行了大量的实验研究。当他把鼠体内所有的内分泌腺都切除以后，也没有把动物的昼夜节律消除掉。由此，理切特坚信，鼠的定时器一定存在于脑中！于是他又运用毁除实验法对鼠脑中的几百个微细部位分别进行了毁除实验。理切特发现，只有当破坏了动物下丘脑中的一个关键性小区域后，鼠的昼夜节律才会消失。

后来，在墨尔教授等人的共同努力下，最后证明这个关键性的小区域就是一个叫做视上核的神经细胞团。这个神经细胞团因位于视神经交叉的上方而得名。当全部毁掉了与视上核相联系的神经纤维以后，鼠和猴的许多昼夜节律就消失了。

哺乳动物脑中的定时器存在于下丘脑视上核中。

视上核对光照的周期也非常敏感，它们与环境中的光照周期发生同步性的节律活动。人类的视上核虽然小，脑中的定时器也很可能隐藏在这里。因为在医学临床诊断上发现，当患者的脑瘤破坏了这个神经细胞团以后，可导致人的睡眠和觉醒周期发生紊乱。

下丘脑中的这个定时器与松果体相比较，可能是一个比较低级的生物钟定时器。这个部位可以分泌许多种神经激素，调节着与它密切联系的脑垂体的分泌活动。下丘脑分泌的激素，能够控制动物皮肤颜色的变化；可以调节卵巢和睾丸的活动，调节着性的发育和生殖活动；还可以调节肾上腺分泌类固醇激素，某些类固醇激素能够改变机体的物质代谢，使血糖水平升高，使心跳加速，使动脉血压升高。

目前，人们已经认识到脑内定时器对机体生理活动的重要性。可惜的是对于脑定时器的细节活动还知道得不多。

但是，人们已经开始利用脑内定时器的活动规律指导自己的行为活动了。譬如，人们乘飞机东西方向远距离飞行时，都认识到因地球东西“时差”造成的身体不适应。人们也认识到当长期频繁地从事“三班倒”工作时，工作效率低下，身体生理机能容易发生紊乱生病。在医学上，医学家们也认识到，某些疾病在一天中的某个时刻是高发作时间，需要特别地关注。同时，在使用某些药物治疗疾病时，也找到了在一天之中使用药物的最佳时间，如果在这个时间用药，不但用药量小，而且药效更显著。在动物养殖上，对母鸡延长光照时间，可以大大提高母鸡的产蛋量，已经成为生产上的科学常识。可以说，脑生物钟定时器的开发和利用具有十分广阔的前景。