Nature发现睡眠的奥秘：章鱼的睡眠与人类惊人地相似

　　研究人员仔细研究了章鱼在积极睡眠时的大脑活动和皮肤模式，发现它与醒着时的神经活动和皮肤模式行为非常相似。

　　

来自冲绳科学技术研究所(OIST)的研究人员与华盛顿大学合作，仔细研究了章鱼(章鱼)在睡眠活跃时期的大脑活动和皮肤模式，发现它们与清醒时的神经活动和皮肤模式行为非常相似。哺乳动物在快速眼动(REM)睡眠期间也会出现类似清醒的活动，这是大多数梦发生的阶段。

这项研究发表在6月28日的《自然》杂志上，强调了章鱼和人类睡眠行为之间惊人的相似之处，并为睡眠的起源和功能提供了令人着迷的见解。

“所有的动物似乎都表现出某种形式的睡眠，即使是像水母和果蝇这样简单的动物。但很长一段时间以来，只有脊椎动物才会在两个不同的睡眠阶段之间循环，”资深作者、OIST计算神经行为学部门负责人Sam Reiter教授说。

华盛顿大学统计物理学家Leenoy Meshulam博士作为科学访问项目的嘉宾在OIST呆了三个月，期间帮助设计了这项研究。她说:“事实上，两阶段睡眠是在远亲体生物中独立进化而来的，比如章鱼，它们的大脑结构很大，但与脊椎动物完全不同。这表明，拥有一个活跃的、类似清醒的阶段可能是复杂认知的一个普遍特征。”

首先，科学家们检查了章鱼在活动期间是否真的睡着了。他们测试了章鱼对物理刺激的反应，发现无论是在安静的睡眠阶段还是在活跃的睡眠阶段，章鱼在做出反应之前都需要比清醒时更强的刺激。研究小组还发现，如果他们阻止章鱼睡觉，或者在它们睡眠的活跃阶段打断它们，章鱼后来会更快、更频繁地进入活跃睡眠。

该研究的第一作者之一Aditi Pophale说:“这种补偿行为确定了活动阶段是章鱼正常运作所需的睡眠的基本阶段。”

研究人员还深入研究了章鱼在醒着和睡着时的大脑活动。在安静的睡眠中，科学家们看到了与哺乳动物大脑非快速眼动睡眠中被称为睡眠纺锤波的某些波形非常相似的特征脑电波。尽管这些波形的确切功能甚至在人类体内也不清楚，但科学家们相信它们有助于巩固记忆。研究人员利用共同第一作者Tomoyuki Mano研发的尖端显微镜，确定这些睡眠纺梭状波发生在章鱼大脑中与学习和记忆相关的区域，这表明这些波可能与人类具有类似的功能。

章鱼大约每小时进入一次活跃的睡眠阶段，持续一分钟左右。在这一阶段，章鱼的大脑活动与它们清醒时的大脑活动非常相似，就像人类的快速眼动睡眠一样。

研究小组还用超高分辨率(8K)捕捉并分析了章鱼在清醒和睡眠时不断变化的皮肤模式。

“通过如此高分辨率的拍摄，我们可以看到每个色素细胞是如何表现的，以创造一个整体的皮肤模式，这可以帮助我们创建简单的皮肤模式模型，以了解清醒和睡眠模式行为的一般原则。”

当章鱼醒着的时候，它们控制着皮肤上数千个微小的色素细胞，创造出大量不同的皮肤图案。它们利用这些图案在不同的环境中伪装自己，在社交或威胁表现中，比如警告捕食者和相互交流。科学家们报告说，在活跃睡眠期间，章鱼在这些相同的皮肤模式中循环。

科学家们说，活跃睡眠和清醒状态之间的相似之处可以用多种原因来解释。一种理论认为，章鱼可能在练习它们的皮肤图案，以改善它们清醒时的伪装行为，或者只是维持色素细胞。

另一个耐人寻味的想法是，章鱼可能正在重新体验和学习它们清醒时的经历，例如狩猎或躲避捕食者，并重新激活与每一次经历相关的皮肤模式。换句话说，它们可能在做类似于做梦的事情。

“从这个意义上说，虽然人类只有在醒来时才能口头报告他们做了什么样的梦，但章鱼的皮肤模式却能从视觉上读出它们睡眠时的大脑活动”。

Reiter补充说，“我们目前不知道这些解释中哪一个可能是正确的。我们希望能进一步调查。”

Journal Reference:

1. Aditi Pophale, Kazumichi Shimizu, Tomoyuki Mano, Teresa L. Iglesias, Kerry Martin, Makoto Hiroi, Keishu Asada, Paulette García Andaluz, Thi Thu Van Dinh, Leenoy Meshulam, Sam Reiter. Wake-like skin patterning and neural activity during octopus sleep. Nature, 2023; DOI: 10.1038/s41586-023-06203-4