3億年前的大腦節律將人類、鳥類和蜥蜴聯繫在一起
睡眠表面上看起來很平靜，但大腦內部卻一點也不安靜。神經元的脈動、血液的流動和隱藏的節奏就像緩慢的海洋潮汐一樣起伏。幾十年來，科學家們認為，這些節律中最慢的一種，稱為下慢腦節律，是哺乳動物的一個特殊特徵，與深度、非夢的睡眠密切相關。然而，一項新的研究表明，這種節律並非哺乳動物所獨有。通過記錄蜥蜴的大腦活動，研究人員在爬行動物中發現了同樣的古代節律，這表明睡眠的這一關鍵部分在 3 億多年前就已經進化了——早在哺乳動物存在之前。此外，他們在鳥類中記錄了相同的節奏，證明這是複雜生物體的共同特徵。這一發現挑戰了科學家對睡眠起源的思考，並暗示睡眠大腦的基本機制比任何人想像的都要古老和普遍。深入了解睡眠的起源理解睡眠一直很困難，因為它不會留下任何化石。科學家無法挖掘古代大腦，因此他們不得不通過比較活體動物來推斷睡眠是如何進化的。到目前為止，這種比較還不完整，主要集中在哺乳動物和鳥類等溫血動物上。爬行動物是冷血動物，進化歷史悠久，仍然是這個謎團中缺失的一塊。這種差距使得我們很難知道不同的睡眠狀態，例如快速眼動睡眠和非快速眼動睡眠，是最近進化出來的還是從共同的祖先那裡遺傳下來的。這部新作終於填補了這個缺失的章節。該項目始於十多年前，當時神經科學家 Paul-Antoine Libourel 加入了里昂的一個睡眠研究小組，探索這個問題：睡眠狀態從何而來？為了找到答案，他的團隊將目光轉向了爬行動物，這些爬行動物在大約 3 億年前從哺乳動物和鳥類的進化譜系中分離出來。然而，記錄蜥蜴的大腦活動絕非易事。有些物種體型小、脆弱，對壓力高度敏感。標準實驗室設備過於龐大且耗電。為了克服這個問題，研究人員與里昂納米技術研究所的工程師合作，建造了一種微型、低功耗的大腦記錄器，稱為生物記錄器。該設備足夠小，佩戴舒適，可以同時記錄大腦信號、心率、呼吸、肌肉張力和眼球運動。這項技術後來成為初創公司 Manitty 的基礎，現在用於研究現實環境中動物和人類的睡眠。在蜥蜴和其他蜥蜴上測試生物記錄器 使用這些定制設備，研究小組記錄了七種蜥蜴的睡眠活動，包括壁虎、變色龍、蜥蜴和鬍鬚龍。他們不只是追踪腦電波。他們還測量了動物的心跳如何減慢、呼吸如何變化，甚至大腦中的血流量如何上升和下降。在某些情況下，他們使用功能性超聲成像直接觀察蜥蜴和小鼠腦血管的變化，從而使他們能夠並排比較物種。當研究人員分析多年的數據時，出現了一個驚人的模式。在爬行動物、鳥類、囓齒動物和人類中，大腦都表現出同樣的緩慢節奏，循環持續數十秒。這種亞慢節律不僅限於神經元；還包括神經元。它涉及全身，包括血液循環和生理信號。在哺乳動物中，這種節律與非快速眼動睡眠密切相關，非快速眼動睡眠是與做夢、身體恢復和大腦維護相關的階段。在爬行動物中發現這種節律表明，這種節律並不是最近的創新，而是動物睡眠的一個深刻保守的特徵。 “這種節律不僅涉及大腦活動，還涉及生理過程和外周血管化，表明它是一種全球性的、整個生物體的節律，”利布爾爾說。亞慢腦節律在不同物種中的意義 如果爬行動物與哺乳動物和鳥類共享這種亞慢節律，則意味著睡眠的一些核心功能在脊椎動物進化的早期就出現了。一種可能性是，節律通過移動腦脊液來幫助大腦清潔自身，從而沖走代謝廢物——這一過程已經被提議用於哺乳動物。另一個想法是，節律會導致警覺性的短暫波動，使睡眠中的動物能夠定期檢查周圍環境並降低被吃掉的風險。與此同時，這些發現對睡眠階段的定義提出了挑戰。在人類中，睡眠被巧妙地分為快速眼動睡眠和非快速眼動睡眠階段，做夢與快速眼動睡眠密切相關。爬行動物似乎並不以同樣的方式組織睡眠。 “這並不意味著爬行動物不會做夢；相反，它表明它們的睡眠狀態組織與哺乳動物不同，儘管它們共享一些保守的過程，例如下慢節律，”利布爾爾補充道。此外，雖然不同物種的節律看起來相似，但科學家仍然不知道它在爬行動物中的作用是否與在哺乳動物中的作用完全相同。要證明這一點，需要進行直接測試節律如何影響大腦清潔、警覺和生存的實驗。接下來，研究人員計劃將他們的研究擴展到其他動物群體，包括兩棲動物和魚類，並更深入地研究產生亞慢節律的生物機制。通過追溯睡眠的最深層根源，他們希望揭示為什麼睡眠如此重要，以及為什麼進化如此小心地守護著它數億年。該研究發表在《自然神經科學》雜誌上。
已发布: 2026-01-24 17:24:00
