斑馬魚的睡眠模式與人類相似，或有助於揭示睡眠起源的秘密

撰文：JENNY HOWARD

根據一項研究小型水生動物神經活動的新研究，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。

攝影：BLICKWINKEL，ALAMY

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。

在近日發表於《自然》雜誌的報告中，科學家稱發現了魚類和哺乳動物睡眠模式相似的證據，或許能為我們的共同祖先的睡眠進化提供線索，進而幫助我們更好地理解打瞌睡的生物學功能。

「睡眠是神經科學中的一個巨大謎團，」加州大學聖地亞哥分校的生物學家William Joiner說，他並未參與這項研究，不過他從事研究果蠅的睡眠。經常會被問起我們為什麼要從事這類研究，「人們真的還沒找到一個好答案。」

在這項新研究中，研究團隊使用先進的成像技術觀察斑馬魚的睡眠情況，他們發現，這種小魚的睡眠狀態轉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，不過在魚類身上發現則是首次。

基於人類對魚類和哺乳動物進化關係的理解，研究小組認為，類似快速眼動的睡眠狀態在4.5億年前就已經出現，因此這種睡眠是一種存在已久的生物學現象。

「我們都有脊柱，但我們的共同之處遠不止於此，」研究報告的合作者、斯坦福大學的神經學家Philippe Mourrain說。「這讓我們更容易理解睡眠以及睡眠對人類的影響。」

其他專家表示，研究者使用的方法為科學家研究睡眠設定了一個新的標準，Joiner稱這篇論文是「技術傑作」。不過，並不是所有人都認為研究揭示了有關睡眠進化的很多信息。

「對於能否將魚與老鼠、鳥類、爬行動物和人類之間的血統關係完全分開，我表示懷疑，」 瑞士洛桑大學的神經科學家Paul Franken說，他主要研究老鼠的睡眠。

魚的睡眠

科學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，Franken說，研究睡眠的黃金標準是使用生理學手段。

新研究的主要作者、斯坦福大學的神經科學家Louis C. Leung設計了研究進行複雜的成像所需的顯微鏡。動物的大多數身體活動都是由錯綜複雜的神經細胞網路控制。當神經元活躍時，動物體內的鈣含量會上升，因此研究人員對斑馬魚進行了基因改造，使其含有某種蛋白質，當這種蛋白質檢測到鈣時，會閃現出熒光綠色，表明斑馬魚體內的某個區域處於活躍狀態。

接著，研究者便開始進行真正的研究工作。研究團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中固定，然後開始觀測關鍵的生理指標：大腦活動、心率、肌肉活動和眼球運動。

活躍和不活躍神經元的模式幾乎立即顯示出來，表現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，研究者之後阻止斑馬魚「打盹」，使小魚保持睏倦狀態。當他們對遭到睡眠剝奪的斑馬魚進行測試後，發現了同樣的神經元模式，只是活動的神經元更多。此外，當斑馬魚處於非快速眼動狀態時，它們的心率減半，身體肌肉處於放鬆狀態。

Leung說，與睡眠狀態相比，斑馬魚處於清醒狀態的大腦非常嘈雜，神經元的活動非常混亂。

打瞌睡的共同祖先

對許多生物體來說，諸如溫度等環境因素會影響睡眠的持續時間和強度。例如，人類在更低的溫度下會睡得更久。哺乳動物必須調節體溫來保持溫暖或涼爽，而體溫調節長期以來一直與睡眠有關。不過，研究小組認為，由於斑馬魚的睡眠狀態與人類相似，這表明這種睡眠在體溫調節出現之前就已經存在了。

然而，加州大學洛杉磯分校的睡眠科學家Jerry Siegel認為，很難把這項研究的結果與哺乳動物聯繫起來，因為哺乳動物和魚類之間相隔著大量的進化時間。他承認，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象。或者快速眼動睡眠可能構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8小時。

此外，Siegel說，雖然研究者在非常年幼的魚身上發現了睡眠特徵，但這些結果不一定適用於成年魚。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。魚類的睡眠不一定存在神經信號，但研究者發現了這種神經信號，華盛頓大學的睡眠科學家Paul Shaw說，他沒有參與這項研究。「我確實認為這很令人驚訝。太酷了!」

Shaw和其他人特別讚揚了用於觀察睡眠過程的精細成像技術。

「眼見為實，這就是我喜歡這項技術的原因，你不必通過推斷來研究睡眠，」Shaw說。

對試圖研發新葯解決許多國家日益嚴重的睡眠不足問題的保健專業人士來說，這一進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，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胞，從而讓患者醒來時感到精神煥發。

Franken說：「看到活體動物的單個神經元，並觀察它們對不同藥物的反應，這令人難以置信。這是一個巨大的進步。」

（譯者：流浪狗）

來源：國家地理中文網（官V）

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