令人驚訝的睡眠發現表明我們一直錯過了大腦的微小睡

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

一項針對小鼠的新研究表明，我們忽略了與睡眠相關的大腦活動模式，這些模式反映了單個腦細胞的狀態，而不是數百萬或數十億個神經元的集體活動。

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，研究人員發現哺乳動物大腦的某些部分可能正在打瞌睡以進行短暫的午睡，而其他區域則保持清醒。

“作為科學家，我們驚訝地發現，當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是加州大學圣克魯斯分校的生物信息學家，也是該研究的資深作者。

大約一個世紀以來，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，豪斯勒和他的團隊質疑我們如何測量睡眠并將其與清醒區分開來——當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現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視捕食者并與艙內的其他人保持聯系。

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

人類也可以暫時表現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，美國布朗大學的研究人員發現，人們睡在陌生地方的第一個晚上，左側大腦是對異常聲音更加警覺比右邊。一旦我們習慣了睡眠環境，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現的不那么引人注目的單半球睡眠形式，”神經科學家克里斯托夫·科赫（Christof Koch）寫在《科學美國人》當這些結果發布時。

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模糊可能是我們與其他動物共有的神經特征。

豪斯勒和研究小組從九只小鼠那里收集了數周的數據，這些小鼠在大腦的10個不同區域植入了細線電極，并將這些數據輸入到一個人工神經網絡中，該神經網絡學會了區分睡眠和覺醒狀態。

記錄是從 100 微米（十分之一毫米），該算法可以根據僅持續 10 到 100 毫秒的腦細胞活動中的短暫“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，而其他區域則保持活躍和清醒。巧合的是，研究人員注意到，當鼠標可能在一瞬間停止移動時，這種情況就發生了，幾乎就像它已經“分區”一樣。

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

“在某些情況下，這些閃爍可能僅限于單個大腦區域的區域，甚至可能比這更小。

該團隊認為，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-覺醒狀態的新方法可以揭示我們如何睡眠的新秘密。

“他們（閃爍）打破了你根據一百年的文學所期望的規則，”說來自圣路易斯華盛頓大學的神經科學家Keith Hengen。

該研究已發表在自然神經科學.

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