（图源：gdsc.cn）

来源：科学媒介中心

魏巍    供稿

睡眠一般指人类和恒温脊椎动物的大脑各中枢在自然条件下逐渐、普遍进入抑制状态的生理现象。科学家经常将睡眠定义为“暂时失去知觉”的状态，由大脑协调，与觉醒状态周期性地交替出现，而且睡眠也是脑疲劳后功能恢复所必需的。

关于“睡眠”的研究

人类需要睡眠，动物需要睡眠吗？科学家可以用特殊仪器监测哺乳类动物和鸟类在睡眠时其大脑发出的电信号，由此了解它们的睡眠情况，但对其他动物（比如爬行类动物和鱼类），科学家目前还无法看出它们的大脑信号有什么变化。

有科学家认为这些动物根本没有睡觉，美国辛辛那提儿童医院医疗中心的基因组生物学家约翰·霍格内什更容易接受水母和水螅这种宁静、无反应的状态为“类似睡眠”。相关文章于2021年10月发表在《科学》杂志，文章题目为：The Simplest Of Slumbers。研究生拉维在论文中表示，“水母会睡觉，这似乎并不会令人惊讶，毕竟，哺乳动物会睡觉，其他无脊椎动物（如蠕虫、果蝇等）也会睡觉。” 相关文章于2017年9月21日发表在《当代生物学》杂志。

还有科学家认为，这些动物的睡眠也许属于我们不了解的某种形式，因此无法用现有的方式检测出来。睡眠状态是在第一批动物出现时就发生的，最早的生命形式是没有反应的，直到慢慢进化后，它们才对周围环境做出反应，而睡眠不过是生物回归到默认的状态。换句话说，我们并不是进化出了睡眠，而是进化出了清醒。

如果这个假设是真的，睡眠对于人类、啮齿动物和其他脊椎动物来说，是一种高度进化的结果，它能够满足每种生物自身需求的生活方式，而科学家想要通过研究这些物种的睡眠，发现睡眠行为的基本功能是很困难的。因此，科学家开始转变思路，从早期进化的生物入手（这类生物的细胞类型更少，细胞结构更简单，行为模式较为单一），或许能够通过这些研究揭示睡眠的基本形式。

形态各异的睡眠

为了对睡眠行为进行更充分的研究，科学家先后研究各种动物的睡眠行为。研究发现，奶牛和其他大型哺乳动物站着睡觉；一些海洋哺乳动物在游泳时睡觉；一些海鸟能够在飞行时打盹，一半大脑打瞌睡，另一半大脑继续工作。

火烈鸟睡觉时一只眼睁开（图源：freeimages.com）

不同动物睡眠的时间有长有短，比如马的睡眠时间只有不到3小时（1天），而蝙蝠1天能睡20小时。科学家通过监测它们的脑电波分析各自的睡眠状态，发现大多数动物至少有两个睡眠阶段，尽管这些阶段的大脑活动可能有所不同。

不同动物的睡眠时间对比图（图源：nature.com）

随着研究逐渐深入，科学家将目光转向果蝇和蛔虫等无脊椎动物，乃至海绵（海绵是最原始的多细胞动物，其细胞的主要成分是碳酸钙或碳酸硅以及大量的胶原质。海绵6亿年前就已经生活在海洋里，目前已发展到1万多种，占海洋动物种类的十五分之一）和扁盘动物（扁盘动物的形状、大小、运动方式与变形虫很相似，但它属于多细胞动物，又称为多细胞变形虫）。

此前，科学家着重研究睡眠在复杂认知过程中的作用，目前通过对这些简单生物的研究，探寻睡眠如何影响基本细胞功能。科学家分别统计了疟原虫、海绵、水螅、水母、蛔虫、果蝇、章鱼、海蛞蝓、小龙虾、鱼、爬行动物、鸟、海洋哺乳动物和人类在睡眠时的不同状态。

不同物种睡眠状态对比图，深蓝色标志为情况符合，浅蓝色为情况不符合，灰色为尚未进行相关测试，白色则是不确定结果。（图源：science.org）

科学家广泛观察并总结人类和其他生物睡眠的特征，主要从睡眠时是否静止、是否有典型的姿势或睡眠地点、反应是否变迟钝、是否能快速醒来、是否能够弥补失眠状态、是否受睡眠药物影响、睡眠是否遵循昼夜规律、大脑或者细胞活动是否有变化、以及是否有相关基因等方面进行统计。

治疗睡眠障碍的新方法

如果全身的细胞都能从睡眠中受益，科学家就能够通过研究这些细胞在生物睡眠时的状态变化来寻找答案，该研究可能会引导科学家找到新的睡眠障碍治疗方法。加州大学洛杉矶分校（UC Los Angeles）的神经科学家凯特玛·保罗（Ketema Paul）正在研究一种被称为Bmal1的蛋白质。Bmal1被认为是生物钟相关基因中不可或缺的组成成分，它能够激活昼夜节律基因表达，比如可以帮助睡眠不足的小鼠保持清醒。

目前为止，科学家一直假设大脑制造并使用Bmal1完成这项任务。然而，保罗和他的同事发现，睡眠不足的老鼠反而依赖于肌肉中产生的Bmal1。他猜测这种蛋白质可能有助于将肌肉锻炼与生物的困倦程度联系起来，只要发明一种针对肌肉的Bmal1药物，很有可能帮助人类对抗通宵达旦带来的负面影响。

在其他小鼠研究中，科学家发现小鼠的胃肠道、胰腺和脂肪组织会产生神经激素的信号分子，这些分子似乎会影响睡眠的开始和持续时间。同时，科学家正在开发一种方法研究透明鱼（Danionella Translucida）的睡眠行为，他们通过使用荧光标记和其他标记跟踪鱼类大脑和身体中某些分子的活动，观察不同类型的细胞如何随着时间推移控制睡眠并从中受益。

透明鱼Danionella Translucida可能有助于揭示身体如何控制睡眠。（图源：science.org）

睡眠质量对生活和工作非常重要，2021年4月，教育部发布《关于进一步加强中小学生睡眠管理工作的通知》，明确要求保障中小学生充足的睡眠时间。其实，高质量睡眠对每个人都很重要，这也是科学家不懈研究的原因之一。

参考文献：

https：//www.science.org/content/article/if-alive-sleeps-brainless-creatures-shed-light-why-we-slumber

Raizen， David M。， et al。 “Lethargus is a Caenorhabditis elegans sleep-like state。” Nature451.7178 （2008）： 569-572。

Shein-Idelson， Mark， et al。 “Slow waves， sharp waves， ripples， and REM in sleeping dragons。” Science352.6285 （2016）： 590-595。

Rattenborg， Neils C。， Charles J。 Amlaner， and Steven L。 Lima。 “Behavioral， neurophysiological and evolutionary perspectives on unihemispheric sleep。” Neuroscience & Biobehavioral Reviews 24.8 （2000）： 817-842。