當(dāng)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。

(相關(guān)資料圖)

現(xiàn)在，沖繩科學(xué)技術(shù)研究所 (OIST) 的研究人員與華盛頓大學(xué)合作，仔細(xì)研究了章魚 ( Octopus laqueus ) 在睡眠活躍期的大腦活動和皮膚圖案，發(fā)現(xiàn)它們與清醒時看到的神經(jīng)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(xiàn)類似清醒的活動，這是大多數(shù)夢境發(fā)生的階段。

這項研究于 6 月 28 日發(fā)表在《自然》雜志上，強(qiáng)調(diào)了章魚和人類睡眠行為之間的顯著相似之處，并提供了關(guān)于睡眠起源和功能的有趣見解。

“所有動物似乎都會表現(xiàn)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(huán)，” OIST 計算神經(jīng)行為學(xué)部門負(fù)責(zé)人、資深作者 Sam Reiter 教授說。

“事實上，兩階段睡眠在關(guān)系較遠(yuǎn)的生物中獨立進(jìn)化而來，比如章魚，它們的大腦結(jié)構(gòu)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(fù)雜認(rèn)知的一個普遍特征，”作者 Leenoy Meshulam 博士是華盛頓大學(xué)的統(tǒng)計物理學(xué)家，她作為理論科學(xué)訪問項目的嘉賓在 OIST 逗留了三個月，期間幫助設(shè)計了這項研究。

首先，科學(xué)家們檢查了章魚在這段活躍時期是否真正處于睡眠狀態(tài)。他們測試了章魚對物理刺激的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)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(yīng)之前都需要更強(qiáng)的刺激。研究小組還發(fā)現(xiàn)，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(jìn)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(bǔ)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(xué)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(xué)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(xiàn)在章魚大腦中與學(xué)習(xí)和記憶相關(guān)的區(qū)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(jìn)入活躍的睡眠階段，持續(xù)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(xì)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(chuàng)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?！?/p>

當(dāng)章魚醒來時，它會控制皮膚中數(shù)千個微小的色素細(xì)胞，從而創(chuàng)造出大量不同的皮膚圖案。它們利用這些圖案在不同的環(huán)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?？茖W(xué)家們報告說，在主動睡眠期間，章魚會經(jīng)歷這些相同的皮膚模式。

科學(xué)家們表示，活躍睡眠和清醒狀態(tài)之間的相似性可以用多種原因來解釋。一種理論認(rèn)為，章魚可能正在練習(xí)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(xì)胞。

另一個有趣的想法是，章魚可以從清醒的經(jīng)歷中重新生活和學(xué)習(xí)，例如狩獵或躲避捕食者，并重新激活與每次經(jīng)歷相關(guān)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(bǔ)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(jìn)一步調(diào)查。”

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