可以幫助人類縮短必要睡眠時間的洞穴魚

姜德杰

人類和動物都需要睡眠，睡眠幾乎是所有動物共有的行為，如果破壞睡眠就會引起一系列的生理和行為方面的缺陷。盡管可能有很多因素導致睡眠缺失，但是我們對睡眠和感官處理間相互作用的神經(jīng)基礎還知之甚少。佛羅里達大西洋大學的神經(jīng)系統(tǒng)科學家一直在研究墨西哥洞穴魚，以期弄清其調節(jié)睡眠缺失的進化原理。他們在研究睡眠是如何進化的，實驗以墨西哥洞穴魚為模型，試圖搞懂人類的大腦如何能像洞穴魚一樣進化得只需要一點點睡眠時間。

最近他們在《實驗生物學雜志》上發(fā)表了自己的研究成果，認為對睡眠環(huán)境進行特定控制是減少必要睡眠的有效方法之一。該研究還提供了一個模型，通過觀察各種動物的睡眠持續(xù)時間的差異，以了解大腦的感覺系統(tǒng)如何調節(jié)睡眠。

佛羅里達大西洋大學查爾斯·E.施密特理學院生物科學系的副教授、本研究的主持者亞歷克斯·C.基恩博士說：“動物間的睡眠差異很大，有的需要睡眠20小時，有的卻僅睡2小時，沒人知道什么造成了這種差異。我們的研究認為感覺系統(tǒng)的差異可能造成了這種睡眠差異。有可能是進化驅使感覺系統(tǒng)變化、而后引起睡眠變化，或者進化選擇了感覺加工的變化以改變睡眠。”

因為洞穴環(huán)境與普通魚類生存的河流有很大不同，洞穴魚在覓食及攝食方面演變出了巨大的不同，從而產(chǎn)生了營養(yǎng)供給的差異，這種營養(yǎng)差異使洞穴魚類逐漸形成了睡眠減少的進化結果。另外，多種洞穴魚類的進化中都出現(xiàn)睡眠大幅度減少、感覺系統(tǒng)強化的現(xiàn)象，這就說明睡眠減少在進化和功能方面與感覺和代謝變化有關。本研究的研究成果顯示，感官能力的增強可使洞穴魚睡眠減少，而且洞穴魚的睡眠是彈性的，隨著食物供應的季節(jié)變化或可被調整。洞穴魚類有29類

之多，許多都是獨立進化的。這就使研究者能夠確定進化的發(fā)生是通過相同或不同種類機理進行的。他們研究的帕瓊洞穴魚的睡眠減少似乎是由于增加感官輸入造成的，其他洞穴魚類并非如此。

首席作者詹姆斯·扎格德是與基恩博士一起工作的佛羅里達大西洋大學的研究生，他說：“我們很吃驚地發(fā)現(xiàn)不同種類的洞穴魚有多種不同機理調節(jié)睡眠減少，這是研究的一大進步。這就意味著有許多種方法可以減少睡眠，或者進化出一種睡眠少的大腦，我們將努力去找到這些機理?！?/p>

基恩、扎格德和同事用墨西哥洞穴魚做研究是因為它們是研究性狀進化的強大系統(tǒng)。在早期的研究中，他們在這些魚中觀察到了睡眠缺失的進化趨同。然而，這種明顯的行為轉變的神經(jīng)機制還仍然不清楚。因為他們已經(jīng)知道洞穴魚也進化出了一條高度敏感的體測線（貫穿魚體的一組感覺神經(jīng)元），因此他們就懷疑來自神經(jīng)元的感覺輸入增加導致了睡眠減少。

在這個研究中，研究者在每個水池的紅外光下記錄洞穴魚的行為。他們使用自動視頻跟蹤軟件記錄魚的靜止狀態(tài)，把一分鐘以上的靜止定義為睡眠，因為這與喚醒閥的變化相對應?；髡f：“人類進入睡眠狀態(tài)時就會封閉感官暗示。譬如，閉眼是大腦聽覺輸入減少的機制。這就是為什么當你睡著了的時候，一個人進入你房間這樣的感官刺激都不大可能引起你的注意。我們認為，洞穴魚在某種程度上失去了這種閉眼就能減少聽覺輸入的能力，因此導致睡眠時間減少?！?/p>

研究人員最近生成了轉基因魚系，他們將能夠成像墨西哥洞穴魚類的大腦活動，并從遺傳學角度繪制其解剖差異。