【环球科技】
撰文:吉安·加斯通·马塞蒂(Gian GastoneMascetti) 翻译:何希敏
在睡眠时,动物的各种感官失去了感知周边环境的能力 , 运动也减少了 。这不禁让人疑惑,为什么动物会让自己一连几个小时处于丧失基本感觉和运动能力的状态,任由自己成为捕猎者的目标?
一些动物发展出了一种特殊能力来解决这个问题 , 它们让一半大脑进入睡眠,同时让另一半大脑维持警觉—一种名为单半球慢波睡眠的中间状态 。动物身上半睡半醒的现象为睡眠研究提供了重要帮助 。当研究处于睡眠状态的半边大脑时,另一半就成了实验必要的对照组 。如今,都市人倍感焦虑,失眠问题得到了越来越多的关注 。关于动物睡眠方面的研究很将有助于了解人类的睡眠疾病 。
1.睡眠周期和醒觉周期
不管是动物还是植物 , 地球上的生物都有一个非常显著的特征,那就是它们的生理和行为已经适应了白天和黑夜的交替 。大脑的生物钟与环境信号同步,机体的生理变化也多以24小时为周期,即昼夜节律 。也就是说,大脑神经回路的动态变化重演了地球的自转 。为了平衡休息和生存 , 鲸豚动物、一些鸟类演化出了独特的睡眠方式 。它们可以只用一半大脑睡眠 , 同时让一半大脑保持清醒 。
“睡眠—醒觉周期”是一种典型的昼夜节律 。醒觉的特征是感觉活动和运动;在睡眠期间,生物的感官不再与周围环境互动 , 运动也会减弱 。这种周期性意识缺失在脑电图(EEG)上有非常清晰的信号:深度睡眠时,大脑主要进行高振幅的慢振荡 。相反,觉醒时,大脑主要进行快速的低振幅振荡 。然而,还有很多与睡眠有关的谜题尚未解开 。为什么动物会让自己一连几个小时处于丧失基本感觉和运动能力的状态下,任由自己成为捕猎者的目标?这个问题在水生哺乳动物身上尤其重要 , 因为它们需要在睡眠时调整呼吸并维持体温 。令人惊奇的是 , 有些动物发展出了一种特殊能力来解决这个问题 。也就是说 , 它们可以只用一半大脑睡眠 , 让另一半大脑保持警觉 , 即单半球慢波睡眠(uniheimisphericslow-wavesleep,USWS) 。还有一些生物在某些情况下会使用USWS,但有时也会让整个大脑参与睡眠 。海洋哺乳类﹑鸟类和一些爬行类动物能进入半清醒半睡眠的状态,有时候会在这些间隔期间中睁开一只眼睛 。最近,研究人员甚至在人类身上发现了一种退化形式的单半球睡眠 。半睡眠现象为睡眠科学提供了广阔的研究前景 。研究处于睡眠状态的半边大脑时,另一半就成了天然的对照组 。海豚和一些鸟类在缺少睡眠时也能正常存活,或许能为治疗人类睡眠障碍提供新思路 。
1994年,尼尔斯·C·拉滕堡发现绿头鸭只用半边大脑睡眠,以此防范威胁 。单半球睡眠研究或许可以解答 , 一个物种如何在享受休息带来的好处时 , 还能保护自己避免遭到捕食 。使用一边大脑睡眠是解决这种困境的绝妙答案,因为动物可以同时处于清醒和不清醒的状态 。
2.似睡非睡
半脑大脑睡眠的研究始于1964年 。当时,备受争议的研究员约翰·C·利利(JohnC.Lilly)观察到海豚在白天休息时,只闭上了一只眼睛,他因此提出海豚可能只用一边大脑睡眠 。利利推测 , 海豚在睡眠的时候仍能观察和聆听周围的环境情况 。
后续研究最终弄明白了鲸目动物的大脑是如何工作的 。鲸目动物,包括鲸鱼﹑海豚和鼠海豚仍是半脑睡眠的主要研究对象 。这些动物保留着祖先在陆地生活时的两个特征:用肺呼吸和维持恒定体温(体温调节) 。用单边大脑睡眠似乎有利于它们在水中保留这些特征 。
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