2019-07-11 08:12:02
神经睡眠模式至少在4.5亿年前出现

斯坦福大学医学院的研究人员发现睡眠斑马鱼的神经特征类似于人类的神经特征,这表明大脑活动至少在4.5亿年前进化,然后才会有任何生物爬出海洋。

科学家们已经知道100多年来鱼类进入了一种睡眠状态,但直到现在他们还不知道它们的睡眠是否与陆地动物的睡眠相似。

研究人员发现,当斑马鱼睡觉时,它们可以显示两种与哺乳动物,爬行动物和鸟类相似的状态:慢波睡眠和矛盾,或快速的眼球运动,睡眠。这一发现标志着这些大脑模式首次被记录在鱼类中。

博士后学者路易斯·梁博士说:“这将睡眠神经特征的演变推迟了好几年。”

一篇描述该研究的论文将于7月10日在Nature上发表。 Philippe Mourrain,博士,精神病学和行为科学副教授,是资深作者。梁是第一作者。

为了研究斑马鱼,普通的水族馆居民也称为丹尼斯,研究人员建造了一种台式荧光光片显微镜,能够进行单细胞分辨率的全鱼体成像。他们记录了大脑活动,而鱼则睡在固定它们的琼脂溶液中。他们还使用他们开发的基于荧光的多导睡眠图观察了睡眠鱼的心率,眼球运动和肌肉张力。

他们将睡眠状态命名为“缓慢睡眠”,类似于慢波睡眠,以及“传播波睡眠”,类似于REM睡眠。虽然在REM睡眠期间鱼不会移动眼睛,但大脑和肌肉的特征是相似的。 (鱼睡觉时也不要闭上眼睛,因为它们没有眼睑。)

像鱼一样睡觉

研究人员发现了鱼和人类睡眠之间的另一种相似性通过遗传破坏黑色素浓缩激素的功能,一种控制睡眠 - 觉醒周期的肽,并观察鱼类睡眠时的神经表达,研究人员确定激素的信号调节鱼的传播波睡眠,就像调节REM睡眠一样。哺乳动物。

他们的睡眠状态的其他方面与陆地脊椎动物相似,Mourrain说:鱼保持静止,肌肉放松,心肺呼吸节律减慢,当他们接近时他们没有反应。

“他们失去肌肉张力,心跳下降,他们对刺激没有反应 - 唯一真正的区别是在REM睡眠期间缺乏快速的眼球运动,”Mourrain说,尽管他补充说,“眼睛的快速运动不是这个状态的一个很好的标准,我们宁愿把它称为矛盾的睡眠,因为当一个人睡着时大脑看起来很清醒。“

虽然科学家们不能确定所有动物都会睡觉,但它似乎是脊椎动物和无脊椎动物的普遍需求。如果长时间没有足够的睡眠,动物就会死亡,而未能获得充足睡眠的人会遭受精神问题,例如记忆力减退和判断力下降,以及肥胖和高血压等疾病的风险较高。

然而,睡眠的确切好处仍然是个谜。 “这是一项必不可少的功能,”Mourrain说,“但我们并不确切知道它的作用。”

他补充说,睡眠障碍与大多数神经系统疾病有关,如自闭症谱系障碍,脆性X综合征,阿尔茨海默氏症和帕金森病。 “睡眠障碍是这些疾病的加重因素,”Mourrain说。他补充说,开发这种动物模型以研究细胞水平的睡眠功能至关重要,包括神经元连接和DNA修复,进而了解睡眠中断的病理生理学后果。

这一发现意味着可以对斑马鱼进行睡眠研究,这种研究很容易研究,部分原因在于它们是透明的。它们繁殖迅速,价格低廉且长度超过一英寸。药物测试只需要向其水中添加化学物质。

“由于鱼类的神经特征与我们的基本相同,我们可以利用它们的信息为药物试验产生新的线索,”Leung说。他补充说,老鼠通常是人类研究的替身,它们是夜间活动,是我们睡眠不太相关的模型。

“由于斑马鱼像人类一样昼夜,因此在某些方面将鱼类睡眠与人类进行比较可能更具生物学准确性,”Leung说。

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