魚的睡眠方式與人類似

科學家首次利用在神經(綠色)或肌肉活躍時發光的熒光分子來監測魚類在睡眠時的大腦活動。

7月10日發表在《自然》雜誌上的一項最新研究表明，斑馬魚睡眠時的大腦活動與哺乳動物的深度慢波睡眠和快速眼動睡眠(REM)類似，而且這個來自美國斯坦福大學醫學院的研究小組可能已經找到了啟動REM的細胞。

在哺乳動物、鳥類和蜥蜴中，睡眠分為幾個階段，每個階段都有特定的電信號特徵。在慢波睡眠中，除了同步的電波活動外，大腦基本上是安靜的，這時心率會降低，肌肉會放鬆。在REM或異相睡眠中，大腦非常活躍，幾乎像醒著一樣，但是肌肉鬆弛(除了眼睛快速轉動)，心臟跳動不規律。

多年來，科學家們已經知道果蠅、線蟲、魚類、章魚和其他生物都有用來睡覺的休息時間。但到目前為止，還沒有人能夠測量這些動物大腦的電活動，以確定它們的睡眠是否與哺乳動物的睡眠相同。

Leung和他的同事開發了一個系統，利用基因工程讓斑馬魚產生了一種熒光分子。這種分子遇到鈣就會發光，而神經和肌肉細胞處於活躍狀態時則會釋放鈣。之後，研究人員使用光學顯微鏡跟蹤熒光表達進而追蹤了斑馬魚（本身是透明的）的大腦和肌肉的活動。

接下來，研究人員在水中添加了能夠觸發哺乳動物慢波睡眠或快速眼動睡眠的藥物，或者剝奪斑馬魚一晚的睡眠，或讓它們在白天進行大量活動從而筋疲力盡到睡著。結果發現，魚在睡覺時有兩種不同類型的大腦活動：一種類似於慢波睡眠，其特徵是大腦中某些神經細胞出現短暫的活動爆發，研究人員稱之為「慢爆睡眠」；另一種類似於REM，被研究人員稱之為「擴散波睡眠」，其特徵是活躍的大腦活動像波一樣在大腦中擴散。但研究人員並沒有將這一睡眠階段稱為REM或慢波睡眠，因為魚類和哺乳動物的睡眠方式還是存在一些細微的差異的。

一組排列在大腦深處被稱為「室管」的細胞似乎觸發了類REM的大腦活動。這些室管膜細胞將手指狀纖毛浸入到覆蓋腦室和中樞神經系統的腦脊液中。結果發現，隨著體液中一種眾所周知的促進睡眠的激素——黑色素聚集激素的含量增加，這些細胞的纖毛會跳動得更快。

目前還不清楚室管膜細胞是如何與大腦的其他部分溝通，從而引發類REM活動的。這種細胞也存在於哺乳動物中，但還沒有人能夠深入到睡眠中的哺乳動物的大腦中，來確定這些細胞是否在睡眠中發揮作用。但Leung說，了解這些細胞可能有助於研究人員開發更好的睡眠輔助工具。

就像哺乳動物一樣，斑馬魚的整個身體在睡眠時都會受到影響。它們的肌肉在睡眠中放鬆，心臟在慢波睡眠中從醒著時的每分鐘200下降到每分鐘110~120下。在類REM睡眠中，心臟的跳動速度甚至會減慢到每分鐘90次左右，失去正常的節奏，它們的肌肉也完全鬆弛。「但是斑馬魚沒有快速的眼球運動這一特徵，相反，它們的眼球會回滾到眼窩裡。」斯坦福大學醫學院的生物學家、該研究的共同作者Philippe Mourrain說。

賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院睡眠研究人員Allan Pack說，缺乏眼球運動可能表明，斑馬魚大腦中負責情緒處理的部分，比如杏仁核，並不像哺乳動物那樣活躍。Pack說：「通過對大腦活動的監測，研究人員將睡眠研究提升到了一個新的水平，他們提供了相當令人信服的證據，證明斑馬魚體內存在慢波睡眠和類REM睡眠。」華盛頓大學醫學院的神經學家Paul Shaw說，研究人員記錄的斑馬魚睡覺時全身的參與狀況鞏固了其睡眠模式與哺乳動物相似的觀點。他說，在所有已知會睡覺的生物體中，「睡眠存在於身體的每一處」。

未來的實驗可能會揭示為什麼睡眠不足或睡眠不足會導致人們的健康問題，如肥胖、心臟病和糖尿病等。

科界原創

編譯：花花

審稿：西莫

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