图中这只大鼠没有看起来那么机警。

 

闭着眼睛、无任何反应、流着口水,这是公认的最易辨别的睡眠状态。但是,睡眠与觉醒之间的区别并非我们所想像那么清晰。

自然杂志发表的研究文章指出,看上去呈清醒状态的老鼠,大脑皮层某些神经元有时出现短暂“断开”。这些区域的神经活动模式与非快速眼球运动(non-rapid eye movement (NREM) )睡眠时的神经活动模式相似1。 “老鼠尽管处在清醒状态,但大脑皮层却有少量局部睡眠。”

负责该项研究的美国威斯康星-麦迪逊大学神经科学家朱利奥•托诺尼(Guilio Tononi)如此说。 研究团队采用多种技术测量了大鼠脑中局部和整体的场电位。通过把微电极阵列插入大脑额叶皮层、顶叶皮层深层的方法,研究人员测量了局部神经电活动。他们还用脑电图(EEG)显示了大脑的整体神经活动,例如非快速眼球运动(NREM)睡眠中可见的慢波。在慢波活动期间,神经元在“开“”关“状态间振荡,但通常处于“关”状态。
托诺尼和他的同事记录了许多组神经元的电活动,结果显示,老鼠在长时间保持觉醒状态后整个大脑皮层的神经元会随机地处于“关”状态。他说:“如果我们观察整个大脑,就如观看水沸腾状态一样。清醒时候,就像水还没沸腾,所有神经元处在“开”的状态,而疲倦后神经元的“关”状态就如沸腾的水泡;至于水泡出现在何处就无法预测了。” 过去认为,完全清醒状态下是不会出现睡眠状态下的慢波,但这项新研究发现,清醒状态也有非常局部的慢波发生。

美国康涅狄格州耶鲁大学神经生物学家大为•麦考密克(David McCormick)说:“这种现象可叫做皮层闪烁现象,大脑皮层某一部位短暂关闭而中断神经信号处理。”

打盹的神经元

打盹的神经元会影响动物的行为动作。若长时间不给老鼠睡觉,让它一直保持清醒状态,则处于“关”状态的神经元数目增多,此时老鼠面对复杂困难任务,如通过树脂笼子里一条沟槽捕捉糖果时,它的认知能力下降。 托诺尼认为,我们通常把睡眠当成全脑现象,相对而言,局部神经元断开的存在“更为隐蔽,因为我们不知道有这种情况发生。”对人来说,这可用来解释为什么睡眠剥夺会降低判断力。”

有趣的是,托诺尼与他的同事本月上旬提出报告说,即使在‘全脑’睡眠时慢波也是发生在局部、特定区域的。他们用深电极在人们经受外科手术的一些脑区记录脑电图和局部神经元活动情形,发现慢波会从前额叶皮层经由颞叶传到海马。托诺尼说:“即便是在睡眠时,慢波的范围也比预想的更局部。”

综上,这些发现告诉我们,科学家以前对清醒和睡眠状态的认识可能过于简单。瑞士苏黎世大学睡眠研究员皮特•阿克曼(Peter Achermann)说:“如果这两种现象都存在,即清醒时局部睡眠和睡眠时局部清醒,那么就得重新思考我们对睡眠的定义。”

重新定义
美国明尼苏达州地区睡眠失调医疗中心主任马克•马霍瓦尔德(Mark Mahowald)说:“这篇论文清楚地证实了过去的一个猜测,即睡眠可以发生在大脑的一部份,而同时大脑的其他部分处在清醒状态。正如我们临床所见到的。”他补充说,梦游病就是最好的例子,我们可以在梦游上看到同时具有清醒与睡眠两种状态时会导致复杂的行为。

托诺尼承认说:“我们的研究不是给睡眠重新定义,我们根据行为特征已经对睡眠有很好定义。但是我们的工作确实说明现在的定义对描述分离状态也许并不完整。”
这一工作有助于我们更好地理解睡眠的功能,而这也是托诺尼研究团队的长期目标。他说:“我们猜测睡眠与神经元连接有关,因为我们发现,睡眠时有神经元连接网络的强化。”睡眠貌似是用来重新校准大脑突触活动的时间,所以,他要确定在清醒的大脑中打盹的神经元是否具有保护、恢复健康的作用还是仅仅会带来有害的作用。

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12 Responses to “睡眠不一定是整个大脑行为”

  1. hello说道:

    楼主讨论的是行为睡眠和脑电睡眠,这是两个概念的。

  2. dindog说道:

    这篇文章把“白日梦”从修辞变成叙述了

  3. 青松侠说道:

    这再一次证明了科学还很年轻。对自然界描述过于简单,就拿恐龙来说,谁能证明所有的恐龙种类都没有乳房呢。

    • 西奥说道:

      乳房是哺乳动物特有的吧,恐龙是爬行动物,应该没有吧

  4. 大蔥说道:

    我一直都知道我睡覺的時候一定有局部清醒着

  5. 啊祖说道:

    记得初中那会,中午睡觉都是爸妈喊醒,然后好像还在睡觉一样走到学校,好几次都是听到有人说你还没睡醒吧才反映过来,从家到学校的事情基本上没有准确的记忆!这说明什么?

  6. 二次元说道:

    重新让人们认识了睡眠和清醒的状况。清醒时部分神经元打盹,我猜是有益的,一来可以节约能量,二来可以延迟疲劳。

  7. fall_ark说道:

    io9上这则内容的报道(http://io9.com/5796303/part-of-your-brain-might-be-asleep-right-now )有相关附图,也可以参考。

  8. Paradoxian说道:

    …突然就想到海豚了…

  9. DREAM说道:

    不知道老弗看了会怎么说呢?

  10. 宿舍男友说道:

    我也有,也是在睡觉被人叫醒了,后来做的是我一点也不知道,就突然发现我怎么醒了,而且不在床上了

  11. [...] renard 審稿 / 來自科學松鼠會資訊小分隊 [...]