沒有人應該和魚一起睡覺,但是對斑馬魚的新研究表明我們像魚一樣睡覺。
研究人員在7月10日的《自然》雜誌上報告說,斑馬魚的睡眠具有類似於哺乳動物的深慢波睡眠和快速眼動或REM睡眠的大腦活動。研究小組可能已經找到了引起REM睡眠的細胞。
這些發現表明,至少在4.5億年前,斑馬魚的祖先就已經進化出水面的基礎,而這些動物的進化是先生幼活而不是產卵。這比科學家發現蜥蜴像哺乳動物和鳥類一樣睡覺時早了1.5億年(SN:5/28/16,第9頁)。
史丹福大學醫學院的神經科學家路易斯·C·梁說,此外,睡眠可能在水下進化了。「這些(睡眠)特徵確實具有重要的功能,即使我們可能還不知道它們是什麼,它們已經經歷了數億年的進化。」
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在哺乳動物,鳥類和蜥蜴中,睡眠具有以特定電信號為特徵的幾個階段。在慢波睡眠過程中,除了同步的電活動波外,大腦大部分都處於安靜狀態。心率下降,肌肉放鬆。在REM或自相矛盾的睡眠中,大腦幾乎像清醒一樣活躍著。但是,肌肉癱瘓了(除了眼睛快速抽搐以外),心臟跳動不規律。
多年來,科學家們知道果蠅,線蟲,魚,章魚和其他生物的休息時間讓人聯想到睡眠。但是直到現在,還沒有人能夠測量那些動物大腦的電活動,以了解其餘的與哺乳動物的打sn是否相同。
Leung及其同事開發了一種系統,通過對斑馬魚進行基因工程改造來製造一種螢光分子,從而在遇到鈣時將其發光,而鈣在神經細胞和肌肉活躍時釋放出來。通過使用光片顯微鏡追蹤閃光,研究人員追蹤了天然透明魚幼蟲的大腦和肌肉活動。
接下來的任務是使魚在顯微鏡下睡著。在一些實驗中,研究小組在魚類的水中添加了可觸發哺乳動物慢波或快速眼動睡眠的藥物。在另一些研究人員中,研究人員剝奪了魚類的睡眠時間,或者白天將它們大量活動塞入了魚中。所有中止誘導方法的結果均相同。
研究小組發現,睡覺的魚在睡覺時有兩種截然不同的大腦活動。一種類似於慢波睡眠,其特徵是大腦中某些神經細胞的短暫爆發。研究人員稱這種狀態為睡眠緩慢。研究人員稱之為「傳播波睡眠」的類快速眼動睡眠,其特點是瘋狂的大腦活動像波浪一樣在大腦中傳播。研究人員沒有將睡眠階段稱為REM或慢波睡眠,因為魚和哺乳動物的睡眠方式之間存在一些細微的差異。
一組在大腦深處稱為心室的空心空間中排列的細胞似乎觸發了像REM的大腦活動。這些室管膜細胞將手指狀纖毛浸入浸有心室和中樞神經系統的腦脊髓液中。研究人員發現,隨著液體中一種眾所周知的促進睡眠的激素(稱為黑色素濃縮激素)的數量增加,這些細胞似乎可以更快地擊敗其纖毛。
尚不清楚室管膜細胞如何與大腦其他部位進行通訊,從而引起類似REM的活動。這類細胞也存在於哺乳動物中,但尚無人能深入睡眠哺乳動物的大腦來確定這些細胞是否在睡眠中起作用。梁說,但是了解這些細胞可能有助於研究人員開發更好的助眠劑。
與哺乳動物一樣,斑馬魚的整個身體在睡眠中也會受到影響。他們的肌肉在睡眠中放鬆,而心臟則從清醒時的每分鐘200次跳動減速到慢波狀的睡眠中在睡眠時的每分鐘110至120次跳動。在類似REM的睡眠過程中,心臟的速度甚至會減慢到每分鐘約90次,並失去規律的節律。魚的肌肉也完全鬆弛。魚缺乏的一個特徵是眼睛快速運動。研究的合著者,史丹福大學醫學院的生物學家菲利普·穆蘭(Philippe Mourrain)說,相反,眼睛轉回了眼窩。
賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的睡眠研究員艾倫·帕金說,缺乏眼動可能表明大腦的情感處理部分(如杏仁核)在斑馬魚中的活躍程度不如哺乳動物。Pack說,通過對大腦活動的監控,研究人員將睡眠研究「提高到了一個新的水平」,「他們提供了令人信服的證據」證明了魚類中的慢波和類似REM的睡眠。
聖路易斯華盛頓大學醫學院的神經科學家保羅·肖說,研究人員記錄的全身參與證實了魚睡眠類似於哺乳動物的論點。他說,在已知會打oo的所有生物中,「睡眠無處不在」。