你相信嗎恢口?我們的睡覺模式在4.5億年前就出現(xiàn)了(《自然》期刊)

? ? 這一期關(guān)于人類睡眠模式的起源唧喉,是一位斯坦福大學(xué)(Stanford University School of Medicine)睡眠科學(xué)家研究魚的睡眠而發(fā)現(xiàn)的。

? ?? 研究人員利用分子生物學(xué)工具和先進(jìn)的成像技術(shù)异逐,記錄到了魚在睡覺時的神經(jīng)信號模式捶索,并且發(fā)現(xiàn),這種模式和我們?nèi)祟愐约捌渌溉閯游镉σ邸ⅧB類等陸生動物的大腦活動非常相似情组!這表明,我們現(xiàn)有的“睡眠模式可能在至少4.5億年前就出現(xiàn)在了脊椎動物的大腦中”箩祥,研究人員介紹。

100多年前肆氓,法國科學(xué)家Henri Pieron就把睡眠作為一種動物界普遍的生理現(xiàn)象進(jìn)行研究袍祖。人們觀察動物的行為發(fā)現(xiàn),魚和其他飛鳥走獸一樣會睡覺谢揪。它們睡覺時不太動蕉陋,有特定的姿勢捐凭,全身反應(yīng)降低,有周期性凳鬓,種種狀態(tài)都和我們睡覺時很像(除了不閉眼睛)茁肠。

隨著現(xiàn)代睡眠科學(xué)的發(fā)展,科學(xué)家找到了定義睡眠更可靠的電生理標(biāo)志:特征性的慢波睡眠和快速眼動(REM)睡眠缩举。我們在入睡后會經(jīng)歷數(shù)個睡眠周期垦梆,每個睡眠周期中慢波睡眠和REM睡眠交替。這樣的睡眠模式同樣存在于其他哺乳動物仅孩、鳥類和爬行動物中托猩。

?? 但是,作為在進(jìn)化道路上和我們分開得更早的動物辽慕,魚類的睡眠狀態(tài)是怎么樣的京腥?過去沒有合適的方法,答案無人知曉溅蛉。

迄今對魚類的睡眠只有行為描述公浪,沒有神經(jīng)特征的描述為了研究斑馬魚的睡眠,Louis Leung博士及其同事搭建了一套熒光光板顯微鏡船侧,能夠以單細(xì)胞分辨率對整條魚成像因悲。與此同時,他們對斑馬魚進(jìn)行了基因改造勺爱,讓魚的神經(jīng)元在活躍時會通過鈣離子的變化發(fā)出熒光晃琳。

? ? 然后,研究人員讓2周大的小魚睡在可以起到固定作用的“床”——瓊脂中琐鲁。由于幼年的斑馬魚全身透明卫旱,科學(xué)家可以不用植入電極,直接通過顯微鏡清楚地觀察細(xì)胞的熒光變化围段,從而了解哪些區(qū)域的神經(jīng)處于活躍狀態(tài)顾翼,記錄它們的腦活動。

? ? 研究團(tuán)隊還開發(fā)了一套基于熒光的多導(dǎo)睡眠圖奈泪,可以同時觀察魚睡著時的心率适贸、眼球運動和肌肉張力,看到它們睡眠時“保持靜止涝桅,肌肉放松拜姿,心肺節(jié)律減慢,當(dāng)被接近時沒有什么反應(yīng)”冯遂,這些狀態(tài)都和陸地脊椎動物相似蕊肥,通訊作者Philippe?Mourrain教授介紹。

本研究的測量方法示意圖

? ? 借助這些測量方法蛤肌,研究人員很快看到神經(jīng)元的活躍模式壁却,有類似于人類慢波睡眠和REM睡眠的兩種狀態(tài)批狱,并且在兩者之間循環(huán)。他們將觀察到的這兩種睡眠狀態(tài)命名為慢爆發(fā)睡眠(slow-bursting)和傳播波睡眠(propagating wave sleep)展东。(魚在睡覺時非但不閉眼赔硫,眼球還不動,自然不能叫快速眼動睡眠了盐肃。)

? ? 為了確認(rèn)這些活動模式是真正的睡眠爪膊,研究人員事先想辦法阻止魚睡覺,造成它們?nèi)庇X恼蓬。隨后惊完,當(dāng)困倦的小魚接受測量時,特定的神經(jīng)活動模式果然立刻出現(xiàn)——它們很快睡著了处硬。而與之對比小槐,斑馬清醒時,大腦的信號非常嘈雜荷辕,神經(jīng)元混亂地閃爍凿跳,Leung博士補充說。

經(jīng)歷睡眠剝奪后疮方,缺覺的魚很快進(jìn)入睡眠狀態(tài)控嗜,神經(jīng)元發(fā)放同步化

?? “睡眠是個巨大的謎題,”研究果蠅睡眠的生物學(xué)家William Joiner教授沒有參與這項研究骡显,他說很多研究想弄清楚我們?yōu)槭裁匆X疆栏,“但人們還沒有找到一個很好的答案”拱”魚類與哺乳動物擁有相似的睡眠模式壁顶,或許可以為我們在進(jìn)化上提供線索,幫助我們更好地理解睡眠的生物學(xué)功能溜歪。

? ?? 而另一位睡眠科學(xué)家Jerry Siege對研究結(jié)果有不同意見若专,似乎也有道理:這些睡眠特征是在幼魚中發(fā)現(xiàn)的,成魚是不是這樣還不好說蝴猪。畢竟调衰,我們成人就不再擁有“嬰兒般的睡眠”。

? ? 不管怎樣自阱,這項研究的新技術(shù)不僅提供了“眼見為實”的魚類睡眠證據(jù)嚎莉,也意味著斑馬魚可以在睡眠研究中為開發(fā)睡眠相關(guān)藥物提供幫助。因為“本質(zhì)上魚的神經(jīng)信號和我們一樣动壤,我們就可以用它們的信息為藥物試驗提供線索萝喘。”Leung博士介紹琼懊,而且阁簸,與科學(xué)家們常用的實驗動物老鼠不同,斑馬魚是日間活動的生物哼丈,這一點我們也和斑馬魚一樣启妹。

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