當章魚睡覺時，它們安靜的睡眠期會被短暫的瘋狂活動所打斷。他們的手臂和眼睛抽搐，呼吸頻率加快，皮膚閃爍著鮮艷的色彩。
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現在，沖繩科學技術研究所 (OIST) 的研究人員與華盛頓大學合作，仔細研究了章魚 ( Octopus laqueus ) 在睡眠活躍期的大腦活動和皮膚圖案，發現它們與清醒時看到的神經活動和皮膚圖案行為。哺乳動物的快速眼動 (REM) 睡眠期間也會出現類似清醒的活動，這是大多數夢境發生的階段。
這項研究于 6 月 28 日發表在《自然》雜志上，強調了章魚和人類睡眠行為之間的顯著相似之處，并提供了關于睡眠起源和功能的有趣見解。
“所有動物似乎都會表現出某種形式的睡眠，甚至是水母和果蠅等簡單的動物。但長期以來，人們只知道脊椎動物會在兩個不同的睡眠階段之間循環，” OIST 計算神經行為學部門負責人、資深作者 Sam Reiter 教授說。
“事實上，兩階段睡眠在關系較遠的生物中獨立進化而來，比如章魚，它們的大腦結構很大，但與脊椎動物完全不同，這表明擁有一個活躍的、類似清醒的階段可能是復雜認知的一個普遍特征，”作者 Leenoy Meshulam 博士是華盛頓大學的統計物理學家，她作為理論科學訪問項目的嘉賓在 OIST 逗留了三個月，期間幫助設計了這項研究。
首先，科學家們檢查了章魚在這段活躍時期是否真正處于睡眠狀態。他們測試了章魚對物理刺激的反應，發現無論是在睡眠的安靜階段還是活躍階段，與清醒時相比，章魚在做出反應之前都需要更強的刺激。研究小組還發現，如果他們阻止章魚睡覺，或者在睡眠的活躍階段擾亂它們，章魚隨后會更快、更頻繁地進入活躍睡眠。
該研究的共同第一作者、OIST 博士生阿迪蒂·波菲爾 (Aditi Pophale) 表示：“這種補償行為確定了活躍階段是章魚正常運作所需的睡眠的重要階段。”
研究人員還深入研究了章魚清醒和睡眠時的大腦活動。在安靜睡眠期間，科學家們看到了一種特征性腦電波，與哺乳動物大腦中非快速眼動睡眠期間看到的某些波形(稱為睡眠紡錘波)非常相似。盡管這些波形的確切功能即使在人類中也不清楚，但科學家相信它們有助于鞏固記憶。研究人員利用共同第一作者 Tomoyuki Mano 博士制造的尖端顯微鏡，確定這些睡眠紡錘狀波出現在章魚大腦中與學習和記憶相關的區域，這表明這些波可能具有類似的功能對人類。
大約每小時一次，章魚進入活躍的睡眠階段，持續約一分鐘。在這個階段，章魚的大腦活動與清醒時的大腦活動非常相似，就像人類的快速眼動睡眠一樣。
研究小組還以超高的8K分辨率捕捉并分析了章魚在清醒和睡眠時皮膚圖案的變化。
“通過如此高分辨率的拍攝，我們可以看到每個色素細胞的行為方式，從而形成整體皮膚圖案，”Meshulam 博士說。“這可以幫助我們創建簡單的皮膚模式模型，以了解清醒和睡眠模式行為的一般原理。”
當章魚醒來時，它會控制皮膚中數千個微小的色素細胞，從而創造出大量不同的皮膚圖案。它們利用這些圖案在不同的環境以及社交或威脅展示中偽裝自己，例如警告捕食者和相互交流。科學家們報告說，在主動睡眠期間，章魚會經歷這些相同的皮膚模式。
科學家們表示，活躍睡眠和清醒狀態之間的相似性可以用多種原因來解釋。一種理論認為，章魚可能正在練習它們的皮膚圖案，以改善它們清醒時的偽裝行為，或者只是維持色素細胞。
另一個有趣的想法是，章魚可以從清醒的經歷中重新生活和學習，例如狩獵或躲避捕食者，并重新激活與每次經歷相關的皮膚模式。換句話說，他們可能正在做類似于做夢的事情。
“從這個意義上說，雖然人類只能在醒來后口頭報告他們做了什么樣的夢，但章魚的皮膚圖案可以直觀地讀出它們在睡眠期間的大腦活動，”賴特教授說。
他補充說：“我們目前不知道這些解釋中哪一個(如果有的話)是正確的。我們非常有興趣進一步調查。”
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