令人驚訝的睡眠發(fā)現(xiàn)表明我們一直錯過了大腦的微小睡

睡眠在大腦中表現(xiàn)為慢波洶涌以大約每十分之一秒的速度穿過表面——至少我們是這么認(rèn)為的。

一項針對小鼠的新研究表明，我們忽略了與睡眠相關(guān)的大腦活動模式，這些模式反映了單個腦細(xì)胞的狀態(tài)，而不是數(shù)百萬或數(shù)十億個神經(jīng)元的集體活動。

更重要的是，在使用單線電極測量這些超局部的亞毫米腦信號時，研究人員發(fā)現(xiàn)哺乳動物大腦的某些部分可能正在打瞌睡以進(jìn)行短暫的午睡，而其他區(qū)域則保持清醒。

“作為科學(xué)家，我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大腦的其他部分醒著時，我們大腦的不同部分實際上會小睡一會兒。說David Haussler是加州大學(xué)圣克魯斯分校的生物信息學(xué)家，也是該研究的資深作者。

大約一個世紀(jì)以來，從定量意義上講，全腦的電活動模式一直被用來定義睡眠和清醒之間的區(qū)別。這些腦電波最常使用以下方法檢測腦電圖（EEG），通過放置在頭皮上的電極。

但是，豪斯勒和他的團(tuán)隊質(zhì)疑我們?nèi)绾螠y量睡眠并將其與清醒區(qū)分開來——當(dāng)動物的大腦中顯然存在一些交叉時，它們在睡覺時保持警覺，這種技能被稱為單半球慢波睡眠.

在 1960 年代，研究人員首先懷疑然后發(fā)現(xiàn)如何海豚和其他鯨類動物在保持活躍的同時，可以休息一半的大腦，有時睜開一只眼睛以監(jiān)視捕食者并與艙內(nèi)的其他人保持聯(lián)系。

海豹和鳥類也表現(xiàn)出這種半睡眠、半清醒休息的變化——這是睡眠和生存之間的巧妙權(quán)衡。

人類也可以暫時表現(xiàn)出不對稱的睡眠模式，這些模式讓人想起動物身上看到的睡眠模式，但與動物身上的睡眠模式不同。

2016年，美國布朗大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，人們睡在陌生地方的第一個晚上，左側(cè)大腦是對異常聲音更加警覺比右邊。一旦我們習(xí)慣了睡眠環(huán)境，這種差異就會消退。

“事實證明，人類的大腦被賦予了一種在鳥類和一些哺乳動物中發(fā)現(xiàn)的不那么引人注目的單半球睡眠形式，”神經(jīng)科學(xué)家克里斯托夫·科赫（Christof Koch）寫在《科學(xué)美國人》當(dāng)這些結(jié)果發(fā)布時。

如果說老鼠的大腦有什么可參考的，那么人類的覺醒和睡眠狀態(tài)模糊可能是我們與其他動物共有的神經(jīng)特征。

豪斯勒和研究小組從九只小鼠那里收集了數(shù)周的數(shù)據(jù)，這些小鼠在大腦的10個不同區(qū)域植入了細(xì)線電極，并將這些數(shù)據(jù)輸入到一個人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)會了區(qū)分睡眠和覺醒狀態(tài)。

記錄是從 100 微米（十分之一毫米），該算法可以根據(jù)僅持續(xù) 10 到 100 毫秒的腦細(xì)胞活動中的短暫“閃爍”可靠地識別睡眠-覺醒周期。

這些“超局部”信號表明，動物大腦的一部分打瞌睡，而其他區(qū)域則保持活躍和清醒。巧合的是，研究人員注意到，當(dāng)鼠標(biāo)可能在一瞬間停止移動時，這種情況就發(fā)生了，幾乎就像它已經(jīng)“分區(qū)”一樣。

“我們可以查看這些神經(jīng)元放電時的各個時間點，很明顯（神經(jīng)元）正在過渡到不同的狀態(tài)。解釋圣路易斯華盛頓大學(xué)的計算生物學(xué)家艾登·施奈德（Aiden Schneider）與加州大學(xué)圣克魯斯分校的計算機科學(xué)研究生大衛(wèi)·帕克斯（David Parks）共同領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。

“在某些情況下，這些閃爍可能僅限于單個大腦區(qū)域的區(qū)域，甚至可能比這更小。

該團(tuán)隊認(rèn)為，如果其他研究小組可以觀察到這些“閃爍”，那么他們測量睡眠-覺醒狀態(tài)的新方法可以揭示我們?nèi)绾嗡叩男旅孛堋?/p>

“他們（閃爍）打破了你根據(jù)一百年的文學(xué)所期望的規(guī)則，”說來自圣路易斯華盛頓大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家Keith Hengen。

該研究已發(fā)表在自然神經(jīng)科學(xué).

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