从蜥蜴到人类：一个沉睡3亿年的大脑节律重见天日

睡眠可能是地球上最普遍的生物现象之一，但它的运作机制至今仍充满谜团。刚刚发表在《自然神经科学》上的一项研究揭示了一个令人震撼的发现：从冷血蜥蜴到温血哺乳动物，从豹纹守宫到人类，所有这些看似相距甚远的物种都共享着同一种古老的大脑节律。这种节律至少存在了3亿年，远早于恐龙出现的时代。

里昂神经科学研究中心的Paul-Antoine Libourel领导的国际团队在七种蜥蜴、老鼠、鸽子和人类身上记录到了这种被称为"超慢节律"的脑电波模式。这种节律的周期长达数十秒甚至数分钟，远慢于我们熟悉的快速脑电波。更令人惊讶的是，这种节律不仅存在于大脑中，还与心率、呼吸频率和全身血管活动同步，形成了一个贯穿整个机体的协调系统。

这一发现意味着，当爬行动物、鸟类和哺乳动物的共同祖先在3亿年前的石炭纪漫步地球时，它们的大脑中就已经存在这种节律机制。无论后来的进化如何分化，无论体温调节方式如何改变，这个古老的睡眠节律始终保留了下来。

微型记录仪揭开冷血动物的睡眠秘密

这项研究的技术难度远超想象。蜥蜴体型小巧，有些物种的头部只有硬币大小，传统的脑电记录设备根本无法使用。为了解决这个问题，Libourel团队与里昂纳米技术研究所合作，开发了一种革命性的微型生物记录仪。

一只正在睡觉的变色龙。图片来源：Paul-Antoine Libourel。

这款设备重量仅有几克，却能同时记录大脑活动、眼球运动、心率、呼吸和肌肉张力等多项生理指标。研究人员将微型电极植入蜥蜴的大脑表面或内部，让这些爬行动物在尽可能自然的状态下睡觉，然后连续数天记录它们的神经活动。这项技术创新本身就是一项突破，现在已经由Libourel联合创办的初创公司Manitty进行商业化，用于在自然环境中研究动物和人类的大脑活动。

研究对象包括豹纹守宫、大壁虎、苏丹板蜥、阿根廷泰加蜥、豹纹变色龙、埃及岩蜥和鬃狮蜥七种蜥蜴。这些物种在进化树上分布广泛,代表了爬行动物的主要分支。研究人员还使用功能性超声成像技术测量了小鼠和鬃狮蜥的血管活动，揭示了超慢节律如何影响全身血液循环。

当数据被仔细分析后，一个清晰的模式浮现出来。所有蜥蜴在睡眠时都表现出周期性的大脑活动波动，这种波动的频率与哺乳动物非快速眼动睡眠期间观察到的超慢节律惊人相似。更重要的是，这种节律与温度无关，即使是冷血的蜥蜴，在不同环境温度下都保持着稳定的节律模式。

大脑清洁工还是反捕食警报系统

这种跨越3亿年进化历史的节律究竟有什么功能？研究团队提出了两个引人注目的假说。

第一个假说与大脑清洁有关。近年来的研究发现，哺乳动物在非快速眼动睡眠期间，脑脊液会有节律地流动，清除大脑在白天活动中积累的代谢废物,包括与阿尔茨海默病相关的β淀粉样蛋白。这个过程被称为类淋巴系统清除机制。圣路易斯华盛顿大学2024年发表在《自然》杂志上的研究证实，正是这种慢脑电波在推动脑脊液的节律性流动。

超慢节律在多个物种中的保守性暗示，它可能正是控制这种清洁过程的核心机制。如果蜥蜴也使用同样的节律来清除大脑废物，那意味着这种维护机制在3亿年前就已经演化出来，并且因为其重要性而在所有后代物种中被保留。

爬行动物和哺乳动物的脑电波低频和温度依赖性节律。图片来源：Nature Neuroscience (2025)。DOI：10.1038/s41593-025-02159-y

第二个假说更具生态学意义。超慢节律与警觉性的周期性波动相关。在睡眠最深的时刻，动物对外界刺激的反应最慢,也最容易被捕食者袭击。但如果大脑以超慢节律在深睡眠和浅睡眠之间循环,动物就能周期性地提高警觉,监测环境中的潜在危险。

对于野生蜥蜴来说,这种机制可能具有生死攸关的意义。它们没有安全的洞穴,常常在开放环境中睡觉。超慢节律让它们能在获得睡眠修复功能的同时,保持对捕食者的基本警戒。这解释了为什么这种节律会如此古老并且被普遍保留,它平衡了睡眠的两个基本需求：修复与生存。

快速眼动睡眠与梦境的进化谜题

这项研究还引发了关于睡眠状态演化的更深层思考。哺乳动物和鸟类拥有明确区分的两种睡眠状态：快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠。在人类中,快速眼动睡眠与生动的梦境紧密相关,而非快速眼动睡眠则是深度睡眠和大脑清洁的主要阶段。

但蜥蜴的睡眠模式与哺乳动物截然不同。虽然早期研究在某些爬行动物中观察到了类似快速眼动睡眠的大脑活动,但它们的睡眠结构远没有哺乳动物那么分化和规律。Libourel指出,如果超慢节律在爬行动物中就已经存在,并且与哺乳动物非快速眼动睡眠的功能类似,那么爬行动物可能采用了与哺乳动物完全不同的睡眠组织方式来实现相似的生理功能。

这是否意味着蜥蜴不做梦？Libourel强调,不能简单下此结论。梦境可能以不同形式存在于不同物种中。蜥蜴可能拥有某种形式的睡眠相关意识体验,只是我们目前的技术还无法探测。更重要的是,这项研究表明快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠的明确分化可能是温血动物特有的进化创新,而不是睡眠的普遍特征。

进化拼图的下一块

研究团队的工作还远未结束。他们计划将研究扩展到两栖动物和鱼类,进一步追溯这种节律的起源。如果超慢节律在更古老的脊椎动物中也存在,那它可能起源于4亿多年前,那时脊椎动物刚刚从海洋登上陆地。

另一个关键问题是破译这种节律的神经机制。到底是哪些神经回路产生了这种超慢振荡？它如何协调大脑活动与全身生理过程？这种节律在爬行动物和哺乳动物中是否驱动相同的清洁过程？回答这些问题需要在蜥蜴身上进行更精细的实验,包括操纵特定神经元群体的活动,观察对超慢节律和代谢废物清除的影响。

Libourel开发的微型记录技术为在野外研究睡眠开辟了新可能。过去的睡眠研究几乎都在实验室进行,但动物在自然环境中的睡眠模式可能与实验室中截然不同。未来的研究可以追踪野生蜥蜴的睡眠,了解温度变化、捕食压力和社会互动如何影响这种古老的节律。

这项研究提醒我们,睡眠的演化历史远比我们想象的悠久。当我们每晚进入梦乡时,大脑中涌动的超慢节律连接着我们与3亿年前的祖先,那些在石炭纪森林中休息的古老爬行动物。这种跨越漫长进化时间的连续性,既令人谦卑,也令人惊奇。