3亿年前的低频脑电波揭示人类、鸟类与蜥蜴的深层联系

当蜥蜴沉睡时，一种缓慢而隐秘的节律正悄然连接着它们的大脑与躯体。

睡眠的表象宁静，但大脑内部却绝非沉寂。神经元持续搏动，血液流淌不息，隐秘的节律如海潮般缓慢涨落。数十年来，科学界一直认为其中最缓慢的节律之一——被称为“低频脑节律”——是哺乳动物独有的特征，与深度的非梦境睡眠紧密相关。然而，一项新研究表明，这种节律并非哺乳动物专有。

通过记录蜥蜴的脑部活动，研究人员在爬行动物中发现了同样古老的节律，表明睡眠的这一关键组成部分早在3亿多年前就已演化形成——远在哺乳动物出现之前。此外，他们在鸟类中也记录到了相同的节律，证实这是复杂生物共有的特征。这一发现挑战了科学家对睡眠起源的认知，并暗示睡眠大脑的基本机制远比任何人预想的更为古老和普遍。

追溯睡眠起源

理解睡眠始终困难重重，因其不留化石痕迹。科学家无法挖掘远古大脑，只能通过比较现存动物来推断睡眠的演化历程。此前，这种比较并不完整，主要聚焦于哺乳动物和鸟类等恒温动物。而作为变温且演化历史更悠久的爬行动物，一直是睡眠拼图中缺失的一块。

这一空白使得人们难以判断快速眼动睡眠与非快速眼动睡眠等不同睡眠状态是近期演化而来，还是从共同祖先继承的。这项新研究终于填补了这一空白章节。

该项目始于十余年前，当时神经科学家保罗-安托万·利布雷尔加入了里昂的一个睡眠研究团队，旨在探索一个问题：睡眠状态从何而来？为寻找答案，他的团队转向研究爬行动物，后者约在3亿年前与哺乳动物和鸟类的演化分支分道扬镳。

然而，记录蜥蜴的脑部活动绝非易事。某些物种体型小、体质弱、对应激高度敏感，标准实验室设备则过于笨重且耗电量大。为此，研究人员与里昂纳米技术研究所的工程师合作，研制了一款名为“生物记录仪”的微型低功耗大脑记录设备。该设备小巧轻便，可同步记录脑信号、心率、呼吸、肌张力和眼球运动。这项技术后来成为初创企业Manitty的基础，现已用于在真实环境中研究动物和人类的睡眠。

生物记录仪在蜥蜴等动物上的测试

利用这些定制设备，团队记录了包括壁虎、变色龙、鬣蜥和鬃狮蜥在内的七种蜥蜴的睡眠活动。他们不仅追踪脑电波，还测量了动物心率如何减慢、呼吸如何变化，甚至大脑血流如何涨落。在某些案例中，他们使用功能超声成像直接观察蜥蜴和小鼠脑部血管的变化，从而进行跨物种比较。

当研究人员分析多年积累的数据时，一个显著的模式浮现出来：在爬行动物、鸟类、啮齿动物和人类中，大脑均表现出相同的缓慢节律，周期达数十秒。这种低频节律不仅限于神经元活动，还涉及血液循环和生理信号等全身性过程。在哺乳动物中，该节律与非快速眼动睡眠（与梦境、身体修复和大脑维护相关的阶段）紧密相连。在爬行动物中发现此节律表明，它并非近期演化的新特征，而是动物睡眠中深度保守的要素。

利布雷尔表示：“这种节律不仅涉及大脑活动，还包括生理过程和周围血管系统，表明它是一种全局性的、贯穿整个生物体的节律。”

跨物种低频脑节律的重要意义

如果爬行动物与哺乳动物及鸟类共享这种低频节律，则意味着睡眠的某些核心功能在脊椎动物演化的极早期就已出现。一种可能性是，该节律通过推动脑脊液流动以清除代谢废物来帮助大脑自我清洁——这一机制已在哺乳动物中被提出。另一种观点认为，这种节律会引起警觉性的短暂波动，使睡眠中的动物能够周期性地检查周围环境，降低被捕食的风险。

同时，这些发现挑战了对睡眠阶段的定义方式。人类的睡眠被清晰划分为快速眼动与非快速眼动阶段，且梦境与快速眼动睡眠强相关。而爬行动物似乎并不以相同方式组织睡眠。“这并不意味着爬行动物不做梦；相反，它表明尽管共享低频节律等某些保守过程，它们的睡眠状态组织方式与哺乳动物不同，”利布雷尔补充道。

此外，尽管不同物种的节律表现相似，科学家尚不清楚它在爬行动物中的作用是否与哺乳动物完全相同。验证这一点需要进行实验，直接测试该节律如何影响大脑清洁、警觉性和生存能力。接下来，研究人员计划将研究扩展至其他动物类群（包括两栖动物和鱼类），并深入探究产生低频节律的生物学机制。

通过追溯睡眠的最古老根源，他们希望揭示睡眠为何如此不可或缺，以及为何演化过程在数亿年间如此谨慎地守护着它。

这项研究已发表于《自然·神经科学》期刊。

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