科学家首次利用在神经(绿色)或肌肉活跃时发光的荧光分子来监测鱼类在睡眠时的大脑活动。
7月10日发表在《自然》杂志上的一项最新研究表明，斑马鱼睡眠时的大脑活动与哺乳动物的深度慢波睡眠和快速眼动睡眠(REM)类似，而且这个来自美国斯坦福大学医学院的研究小组可能已经找到了启动REM的细胞。
在哺乳动物、鸟类和蜥蜴中，睡眠分为几个阶段，每个阶段都有特定的电信号特征。在慢波睡眠中，除了同步的电波活动外，大脑基本上是安静的，这时心率会降低，肌肉会放松。在REM或异相睡眠中，大脑非常活跃，几乎像醒着一样，但是肌肉松弛(除了眼睛快速转动)，心脏跳动不规律。
多年来，科学家们已经知道果蝇、线虫、鱼类、章鱼和其他生物都有用来睡觉的休息时间。但到目前为止，还没有人能够测量这些动物大脑的电活动，以确定它们的睡眠是否与哺乳动物的睡眠相同。
Leung和他的同事开发了一个系统，利用基因工程让斑马鱼产生了一种荧光分子。这种分子遇到钙就会发光，而神经和肌肉细胞处于活跃状态时则会释放钙。之后，研究人员使用光学显微镜跟踪荧光表达进而追踪了斑马鱼（本身是透明的）的大脑和肌肉的活动。
接下来，研究人员在水中添加了能够触发哺乳动物慢波睡眠或快速眼动睡眠的药物，或者剥夺斑马鱼一晚的睡眠，或让它们在白天进行大量活动从而筋疲力尽到睡着。结果发现，鱼在睡觉时有两种不同类型的大脑活动：一种类似于慢波睡眠，其特征是大脑中某些神经细胞出现短暂的活动爆发，研究人员称之为“慢爆睡眠”；另一种类似于REM，被研究人员称之为“扩散波睡眠”，其特征是活跃的大脑活动像波一样在大脑中扩散。但研究人员并没有将这一睡眠阶段称为REM或慢波睡眠，因为鱼类和哺乳动物的睡眠方式还是存在一些细微的差异的。
一组排列在大脑深处被称为“室管”的细胞似乎触发了类REM的大脑活动。这些室管膜细胞将手指状纤毛浸入到覆盖脑室和中枢神经系统的脑脊液中。结果发现，随着体液中一种众所周知的促进睡眠的激素——黑色素聚集激素的含量增加，这些细胞的纤毛会跳动得更快。
目前还不清楚室管膜细胞是如何与大脑的其他部分沟通，从而引发类REM活动的。这种细胞也存在于哺乳动物中，但还没有人能够深入到睡眠中的哺乳动物的大脑中，来确定这些细胞是否在睡眠中发挥作用。但Leung说，了解这些细胞可能有助于研究人员开发更好的睡眠辅助工具。
就像哺乳动物一样，斑马鱼的整个身体在睡眠时都会受到影响。它们的肌肉在睡眠中放松，心脏在慢波睡眠中从醒着时的每分钟200下降到每分钟110~120下。在类REM睡眠中，心脏的跳动速度甚至会减慢到每分钟90次左右，失去正常的节奏，它们的肌肉也完全松弛。“但是斑马鱼没有快速的眼球运动这一特征，相反，它们的眼球会回滚到眼窝里。”斯坦福大学医学院的生物学家、该研究的共同作者Philippe Mourrain说。
宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院睡眠研究人员Allan Pack说，缺乏眼球运动可能表明，斑马鱼大脑中负责情绪处理的部分，比如杏仁核，并不像哺乳动物那样活跃。Pack说：“通过对大脑活动的监测，研究人员将睡眠研究提升到了一个新的水平，他们提供了相当令人信服的证据，证明斑马鱼体内存在慢波睡眠和类REM睡眠。”华盛顿大学医学院的神经学家Paul Shaw说，研究人员记录的斑马鱼睡觉时全身的参与状况巩固了其睡眠模式与哺乳动物相似的观点。他说，在所有已知会睡觉的生物体中，“睡眠存在于身体的每一处”。
未来的实验可能会揭示为什么睡眠不足或睡眠不足会导致人们的健康问题，如肥胖、心脏病和糖尿病等。
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编译：花花
审稿：西莫
责编：张梦
期刊来源：《自然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：
https://www.sciencenews.org/article/both-fish-and-humans-have-rem-sleep?tgt=nr
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