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(dǎo)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(chǔ)還知之甚少。佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家一直在研究墨西哥洞穴魚，以期弄清其調(diào)節(jié)睡眠缺失的進(jìn)化原理。他們在研究睡眠是如何進(jìn)化的，實(shí)驗(yàn)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(jìn)化得只需要一點(diǎn)點(diǎn)睡眠時間。

最近他們在《實(shí)驗(yàn)生物學(xué)雜志》上發(fā)表了自己的研究成果，認(rèn)為對睡眠環(huán)境進(jìn)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(diào)節(jié)睡眠。

佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)查爾斯·E.施密特理學(xué)院生物科學(xué)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(rèn)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(jìn)化驅(qū)使感覺系統(tǒng)變化、而后引起睡眠變化，或者進(jìn)化選擇了感覺加工的變化以改變睡眠。”

因?yàn)槎囱ōh(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(jìn)化結(jié)果。另外，多種洞穴魚類的進(jìn)化中都出現(xiàn)睡眠大幅度減少、感覺系統(tǒng)強(qiáng)化的現(xiàn)象，這就說明睡眠減少在進(jìn)化和功能方面與感覺和代謝變化有關(guān)。本研究的研究成果顯示，感官能力的增強(qiáng)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(yīng)的季節(jié)變化或可被調(diào)整。洞穴魚類有29類

之多，許多都是獨(dú)立進(jìn)化的。這就使研究者能夠確定進(jìn)化的發(fā)生是通過相同或不同種類機(jī)理進(jìn)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(dá)大西洋大學(xué)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(jī)理調(diào)節(jié)睡眠減少，這是研究的一大進(jìn)步。這就意味著有許多種方法可以減少睡眠，或者進(jìn)化出一種睡眠少的大腦，我們將努力去找到這些機(jī)理。”

基恩、扎格德和同事用墨西哥洞穴魚做研究是因?yàn)樗鼈兪茄芯啃誀钸M(jìn)化的強(qiáng)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(jìn)化趨同。然而，這種明顯的行為轉(zhuǎn)變的神經(jīng)機(jī)制還仍然不清楚。因?yàn)樗麄円呀?jīng)知道洞穴魚也進(jìn)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(dǎo)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?fàn)顟B(tài)，把一分鐘以上的靜止定義為睡眠，因?yàn)檫@與喚醒閥的變化相對應(yīng)。基恩說：“人類進(jìn)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(jī)制。這就是為什么當(dāng)你睡著了的時候，一個人進(jìn)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(rèn)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(dǎo)致睡眠時間減少。”

研究人員最近生成了轉(zhuǎn)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(xué)角度繪制其解剖差異。