根據(jù)一項研究小型水生動物神經(jīng)活動的新研究，斑馬魚，就像圖中的成年斑馬魚一樣，似乎有著與人類快速眼動睡眠相似的睡眠周期。
研究人員耗費十年的時間，或許還度過了若干不眠之夜，才首次確定了斑馬魚大腦的睡眠模式，而這些模式與人類睡眠時的大腦活動非常相似。
在近日發(fā)表于《自然》雜志的報告中，科學(xué)家稱發(fā)現(xiàn)了魚類和哺乳動物睡眠模式相似的證據(jù)，或許能為我們的共同祖先的睡眠進(jìn)化提供線索，進(jìn)而幫助我們更好地理解打瞌睡的生物學(xué)功能。
“睡眠是神經(jīng)科學(xué)中的一個巨大謎團(tuán)，”加州大學(xué)圣地亞哥分校的生物學(xué)家William Joiner說，他并未參與這項研究，不過他從事研究果蠅的睡眠。經(jīng)常會被問起我們?yōu)槭裁匆獜氖逻@類研究，“人們真的還沒找到一個好答案?！?/p>
在這項新研究中，研究團(tuán)隊使用先進(jìn)的成像技術(shù)觀察斑馬魚的睡眠情況，他們發(fā)現(xiàn)，這種小魚的睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換與人類的情況類似：快速眼動、睡眠和非快速眼動睡眠。之前研究者曾在很多哺乳動物、鳥類和蜥蜴身上觀察到這種模式，不過在魚類身上發(fā)現(xiàn)則是首次。
基于人類對魚類和哺乳動物進(jìn)化關(guān)系的理解，研究小組認(rèn)為，類似快速眼動的睡眠狀態(tài)在4.5億年前就已經(jīng)出現(xiàn)，因此這種睡眠是一種存在已久的生物學(xué)現(xiàn)象。
“我們都有脊柱，但我們的共同之處遠(yuǎn)不止于此，”研究報告的合作者、斯坦福大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家Philippe Mourrain說?！斑@讓我們更容易理解睡眠以及睡眠對人類的影響?！?/p>
其他專家表示，研究者使用的方法為科學(xué)家研究睡眠設(shè)定了一個新的標(biāo)準(zhǔn)，Joiner稱這篇論文是“技術(shù)杰作”。不過，并不是所有人都認(rèn)為研究揭示了有關(guān)睡眠進(jìn)化的很多信息。
“對于能否將魚與老鼠、鳥類、爬行動物和人類之間的血統(tǒng)關(guān)系完全分開，我表示懷疑，” 瑞士洛桑大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Paul Franken說，他主要研究老鼠的睡眠。
魚的睡眠
科學(xué)家們單憑觀察斑馬魚的行為就能判斷它們有睡眠行為。不過，F(xiàn)ranken說，研究睡眠的黃金標(biāo)準(zhǔn)是使用生理學(xué)手段。
新研究的主要作者、斯坦福大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Louis C. Leung設(shè)計了研究進(jìn)行復(fù)雜的成像所需的顯微鏡。動物的大多數(shù)身體活動都是由錯綜復(fù)雜的神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)控制。當(dāng)神經(jīng)元活躍時，動物體內(nèi)的鈣含量會上升，因此研究人員對斑馬魚進(jìn)行了基因改造，使其含有某種蛋白質(zhì)，當(dāng)這種蛋白質(zhì)檢測到鈣時，會閃現(xiàn)出熒光綠色，表明斑馬魚體內(nèi)的某個區(qū)域處于活躍狀態(tài)。
接著，研究者便開始進(jìn)行真正的研究工作。研究團(tuán)隊主要研究兩周大的斑馬魚，因為這個年齡的斑馬魚是透明的。Leung說，這使得研究人員可以在不切開動物或植入電極的情況下觀察其大腦和身體內(nèi)部的其他活動。
研究者在顯微鏡下將小魚放入類似凝膠的物質(zhì)中固定，然后開始觀測關(guān)鍵的生理指標(biāo)：大腦活動、心率、肌肉活動和眼球運動。
活躍和不活躍神經(jīng)元的模式幾乎立即顯示出來，表現(xiàn)出與快速眼動和非快速眼動睡眠周期類似的“指紋”活動。
“我激動得無法呼吸，”Leung說。
為了證實這些活動模式是真正的睡眠，研究者之后阻止斑馬魚“打盹”，使小魚保持困倦狀態(tài)。當(dāng)他們對遭到睡眠剝奪的斑馬魚進(jìn)行測試后，發(fā)現(xiàn)了同樣的神經(jīng)元模式，只是活動的神經(jīng)元更多。此外，當(dāng)斑馬魚處于非快速眼動狀態(tài)時，它們的心率減半，身體肌肉處于放松狀態(tài)。
Leung說，與睡眠狀態(tài)相比，斑馬魚處于清醒狀態(tài)的大腦非常嘈雜，神經(jīng)元的活動非?；靵y。
打瞌睡的共同祖先
對許多生物體來說，諸如溫度等環(huán)境因素會影響睡眠的持續(xù)時間和強度。例如，人類在更低的溫度下會睡得更久。哺乳動物必須調(diào)節(jié)體溫來保持溫暖或涼爽，而體溫調(diào)節(jié)長期以來一直與睡眠有關(guān)。不過，研究小組認(rèn)為，由于斑馬魚的睡眠狀態(tài)與人類相似，這表明這種睡眠在體溫調(diào)節(jié)出現(xiàn)之前就已經(jīng)存在了。
然而，加州大學(xué)洛杉磯分校的睡眠科學(xué)家Jerry Siegel認(rèn)為，很難把這項研究的結(jié)果與哺乳動物聯(lián)系起來，因為哺乳動物和魚類之間相隔著大量的進(jìn)化時間。他承認(rèn)，睡眠幾乎是動物都有的生理功能，但哺乳動物的睡眠千差萬別。
“你不能說睡覺就是睡覺，”他說。哺乳動物每天所需的睡眠時間從3小時到20小時不等。與許多鯨類動物一樣，許多動物沒有快速眼動睡眠現(xiàn)象?；蛘呖焖傺蹌铀呖赡軜?gòu)成睡眠的很大一部分，比如像鴨嘴獸這樣的哺乳動物，其快速眼動睡眠可以持續(xù)8小時。
此外，Siegel說，雖然研究者在非常年幼的魚身上發(fā)現(xiàn)了睡眠特征，但這些結(jié)果不一定適用于成年魚。在整個動物界，嬰兒的睡眠都與他們的父母不同。
睡眠的未來？
其他專家則更為樂觀，尤其是對研究中使用的技術(shù)。魚類的睡眠不一定存在神經(jīng)信號，但研究者發(fā)現(xiàn)了這種神經(jīng)信號，華盛頓大學(xué)的睡眠科學(xué)家Paul Shaw說，他沒有參與這項研究?！拔掖_實認(rèn)為這很令人驚訝。太酷了!”
Shaw和其他人特別贊揚了用于觀察睡眠過程的精細(xì)成像技術(shù)。
“眼見為實，這就是我喜歡這項技術(shù)的原因，你不必通過推斷來研究睡眠，”Shaw說。
對試圖研發(fā)新藥解決許多國家日益嚴(yán)重的睡眠不足問題的保健專業(yè)人士來說，這一進(jìn)展可能具有巨大的價值。更好的睡眠增強藥物可以為那些難以入睡的人提供一些緩解。Leung說，未來通過實施這些技術(shù)，我們或許可以更好地篩選藥物，看看它們是否激活了正確的細(xì)胞，從而讓患者醒來時感到精神煥發(fā)。
Franken說：“看到活體動物的單個神經(jīng)元，并觀察它們對不同藥物的反應(yīng)，這令人難以置信。這是一個巨大的進(jìn)步?！?/p>
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