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    神經睡眠模式至少在4.5億年前出現

    斯坦福大學醫學院的研究人員發現睡眠斑馬魚的神經特征類似于人類的神經特征,這表明大腦活動至少在4.5億年前進化,然后才會有任何生物爬出海洋。

    科學家們已經知道100多年來魚類進入了一種睡眠狀態,但直到現在他們還不知道它們的睡眠是否與陸地動物的睡眠相似。

    研究人員發現,當斑馬魚睡覺時,它們可以顯示兩種與哺乳動物,爬行動物和鳥類相似的狀態:慢波睡眠和矛盾,或快速的眼球運動,睡眠。這一發現標志著這些大腦模式首次被記錄在魚類中。

    博士后學者路易斯·梁博士說:“這可以使睡眠的神經特征進化回來幾年?!?/span>

    一篇描述該研究的論文將于7月10日在Nature上發表。Philippe Mourrain,博士,精神病學和行為科學副教授,是資深作者。梁是第一作者。

    為了研究斑馬魚,普通的水族館居民也稱為丹尼斯,研究人員建造了一種臺式熒光光片顯微鏡,能夠進行單細胞分辨率的全魚體成像。他們記錄了大腦活動,而魚則睡在固定它們的瓊脂溶液中。他們還使用他們開發的基于熒光的多導睡眠圖觀察了睡眠魚的心率,眼球運動和肌肉張力。

    他們將睡眠狀態命名為“緩慢睡眠”,類似于慢波睡眠,以及“傳播波睡眠”,類似于REM睡眠。雖然在REM睡眠期間魚不會移動眼睛,但大腦和肌肉的特征是相似的。(魚睡覺時也不要閉上眼睛,因為它們沒有眼瞼。)

    像魚一樣睡覺

    研究人員發現了魚和人類睡眠之間的另一種相似性 通過遺傳破壞黑色素濃縮激素的功能,一種控制睡眠 - 覺醒周期的肽,并觀察魚類睡眠時的神經表達,研究人員確定激素的信號調節魚的傳播波睡眠,就像調節REM睡眠一樣。哺乳動物。

    他們的睡眠狀態的其他方面與陸地脊椎動物相似,Mourrain說:魚保持靜止,肌肉放松,心肺呼吸節律減慢,當他們接近時他們沒有反應。

    “他們失去肌肉張力,心跳下降,他們對刺激沒有反應 - 唯一真正的區別是在REM睡眠期間缺乏快速的眼球運動,”Mourrain說,盡管他補充說,“眼睛的快速運動是對于這種狀態來說,這不是一個好的標準,我們寧愿把它稱為矛盾的睡眠,因為大腦在睡著時看起來很清醒?!?/span>

    雖然科學家們不能確定所有動物都會睡覺,但它似乎是脊椎動物和無脊椎動物的普遍需求。如果長時間沒有足夠的睡眠,動物就會死亡,而未能獲得充足睡眠的人會遭受精神問題,例如記憶力減退和判斷力下降,以及肥胖和高血壓等疾病的風險較高。

    然而,睡眠的確切好處仍然是個謎。“這是一項必不可少的功能,”Mourrain說,“但我們并不確切知道它的作用?!?/span>

    他補充說,睡眠障礙與大多數神經系統疾病有關,如自閉癥譜系障礙,脆性X綜合征,阿爾茨海默氏癥和帕金森病。“睡眠障礙是這些疾病的加重因素,”Mourrain說。他補充說,開發這種動物模型以研究細胞水平的睡眠功能至關重要,包括神經元連接和DNA修復,進而了解睡眠中斷的病理生理學后果。

    這一發現意味著可以對斑馬魚進行睡眠研究,這種研究很容易研究,部分原因在于它們是透明的。它們繁殖迅速,價格低廉且長度超過一英寸。藥物測試只需要向其水中添加化學物質。

    “由于魚類的神經特征與我們的基本相同,我們可以利用它們的信息為藥物試驗產生新的線索,”Leung說。他補充說,老鼠通常是人類研究的替身,它們是夜間活動,是我們睡眠不太相關的模型。

    “由于斑馬魚像人類一樣晝夜,因此在某些方面將魚類睡眠與人類進行比較可能更具生物學準確性,”Leung說。

    日本三島國立遺傳學研究所的研究人員也參與了這項研究。

    這項工作由美國國立衛生研究院(授予JP18H04988),國家神經疾病和中風研究所,國家糖尿病和消化和腎臟疾病研究所,國家精神衛生研究所,國家藥物濫用研究所,國家老齡化研究所,國家生物資源項目,國防高級研究計劃局,國家科學基金會,Wiegers家庭基金會,AE基金會,Tarlton基金會,Gatsby基金會,Tashia和John Morgridge基金會,斯坦福大學醫學院院長獎學金,光明基金會,西蒙斯基金會和約翰默克基金會。

    斯坦福大學精神病學和行為科學系也支持這項工作。

    故事來源:

    材料斯坦福醫學提供。


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