光是调节我们生理节律的重要外部信号。我们每天的睡眠、饮食、免疫反应、甚至精神专注度，都受到一个被称为“昼夜节律钟（circadian clock）”的内部系统的调控。虽然这个“钟”运行周期接近24小时，但它并非精确无误，因此必须通过外部线索（特别是光）来不断调整。
在哺乳动物体内，负责调节这一节律的“大脑主控器”是下丘脑深处的一个小区域——视交叉上核（SCN）。它由约2万至4万个神经元组成，就像一枚精准的中央手表，指挥着全身各种生理活动的时间表。
当我们跨越时区出现“时差反应”时，正是因为这个内部钟表尚未与新的昼夜节律同步。虽然科学家早已知道眼睛中的“固有光敏视网膜神经节细胞”（ipRGCs）可感知蓝光并将信号传送至SCN，但光信号在SCN中是如何被接收并转化为具体的节律调整机制，长期以来仍是一个谜。
现在，这一谜团终于有了突破性进展。
在《Nature Communications》上发表的一项研究中，来自台湾大学（NTU）与清华大学（NTHU）的研究团队利用“迄今为止最深层次的双光子钙成像技术”，首次在清醒小鼠体内，直接观察到了SCN中单个神经元在接收到光刺激后的响应模式。
“我们发现，SCN的反应远比想象中复杂。”该研究第一作者叶博廷博士表示，“过去人们认为SCN的重设是一种类似反射的简单过程——光刺激→信号传递→生物钟调整。但我们看到的是一个高度动态的神经网络，像是在进行一场‘集体决策’。”
研究发现，光照并非激活所有SCN神经元，有些被激活，有些则受到抑制；更有趣的是，每次实验中响应的神经元群体会有所不同，但激活与抑制的比例却保持惊人一致。这意味着SCN并非以固定线路传递信号，而更像是大脑高级区域中的“灵活网络”，具备动态整合与决策的能力。
通过遗传工具，团队进一步识别出一小群在“夜晚早期”被光激活的SCN神经元。这些神经元在调节“推迟生物钟”（让小鼠第二天晚些入睡和起床）中起关键作用。研究人员还在不同时间段人为激活这些神经元，发现即使在白天——即SCN通常对光“无动于衷”的时段，也能成功让小鼠的内在节律延后。
“未来如果能精准控制这些神经元的活性，我们或许能开发出应对时差、治疗失眠，甚至帮助‘夜猫子’早起的神经调控方法。”第三作者、博士生蔡恩霈补充说。
该研究的通讯作者、陈士阔教授总结道：“调节生物钟听起来就像简单地‘晚睡晚起’或‘早睡早起’，但背后的神经机制，可能和你在纪念日挑选晚餐餐厅一样复杂。”
通过揭示SCN内部神经网络对光的精妙响应，这项跨生命科学、物理与计算科学的合作，不仅挑战了过去对生物钟调控的传统理解，也为未来开发精准节律疗法打下基础，或将帮助人类更好地顺应自己的“生物节奏”。
参考文献：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
编辑：王洪
排版：李丽
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