当代生物学:人有半脑睡眠模式 首晚效应 右耳(左脑)敏感

顾汉现

孙学军  科学网博客  博文

人有半脑睡眠模式  精选

左侧大脑兴奋是负责保持警觉   首夜第一次小睡时，右耳(左脑)对古怪声音的反应敏感度是左耳(右半球)的三倍  听到古怪声音后受试者会产生一段时间的兴奋才能再次入睡，这一兴奋持续时间右耳是左耳的6倍

已有 3866 次阅读 2016-8-1 05:30

个人分类:自然科学|系统分类:科普集锦

睡眠是哺乳动物、鸟类和鱼类等普遍存在的休息状态。典型特征包括主动躯体运动减少、对外界刺激反应减弱、同化作用增强和异化作用降低。关于睡眠的许多现象和睡眠发生分子基础，仍然存在许多未解之谜，一直吸引科学家努力求解。多数人习惯认为，睡眠和觉醒是相互独立的两个状态。其实人们早就知道水生哺乳动物、鸟类和爬行类动物睡眠能闭一只眼睁一只眼，控制睁开眼一侧大脑实际没有入睡，仍处于觉醒状态。最新研究发现，人类也具有类似的半脑睡眠模式。这很让人想到金庸笔下的周百通左右搏击的武功。
睡眠过程中警惕性下降，会让动物付出沉重代价，为减少因为睡眠导致的危险，动物进化过程中获得一些克服睡眠危险的能力，其中一种就是降低睡眠深度，一些动物进化出半睡半醒能力，就是只一侧大脑半球处于睡眠状态，另一侧保持觉醒状态，利用脑电图的研究显示，处于睡眠状态大大脑半球符合典型的睡眠脑电表现，而处于觉醒状态的另一侧大脑半球出现典型的觉醒脑电特征。外在典型表现为清醒一侧大脑支配大眼睛一直处于开放状态，就是睁一只眼闭一只眼的睡眠方案。研究发现，这种单侧大脑睡眠单侧觉醒的睡眠模式在生物界非常普遍，从鸟类、爬行动物，到哺乳动物，尤其是海洋哺乳动物如鲸鱼等都有这种能力。
同样是半脑睡眠模式，生物学意义并一样。海洋哺乳动物鲸类的耳海豹和海牛半脑睡眠模式主要是为了防止溺水，半脑睡眠可以让这些水生哺乳动物能在睡眠状态下游泳和浮出水面呼吸空气。鸟类则可以在飞行过程中保持导航能力和警惕天敌袭击。池塘附近定居过夜的鸭群，分布在鸭群周边的个体利用半脑睡眠模式发挥岗哨作用，而处于鸭群中央区域的个体都自信地闭上双眼，这显然是一种聪明的安排。
人类是否也存在类似鱼类和鸟类的情况，可以一侧大脑睡眠一侧大脑休息吗？带着这样的问题，美国布朗大学Masako Tamaki等猜测，如果人类也会这种睡眠，应该是处于想对危险的环境，在危险环境保持一侧大脑处于清醒状态有利于让个体处于警觉状态，有利于处于危险环境的群体避免受到外来伤害。这对古代野外生存的人类来说属于常态和正常能力。在睡眠研究领域，一种比较典型的现象被称为“首晚效应”，首晚效应是指无睡眠紊乱者在睡眠实验室第一个测试夜晚常出现失眠的现象。“首晚效应”不仅是睡眠受试者在睡眠实验室的现象，其实普通人外出旅游过程，第一夜往往难以入睡，也就是“首晚效应”作怪。
科学家估计，“首晚效应”是因为人类对陌生和潜在危险环境的默认警觉反应。因为存在“首晚效应”，关于睡眠的研究一般不使用首夜的睡眠数据。Tamaki等认为，这种“首晚效应”或许是研究人类面对陌生危险环境睡眠模式的理想模型，利用这样的思路，布朗大学研究小组比较了不同睡眠情况下，人类受试者的睡眠深度和脑电和磁信号，结果发现人类睡眠也存在左右大脑半球的差异，研究结果最近在发表在《当代生物学》上。
Tamaki和同事使用“首晚效应”作为潜在威胁模型。“首晚效应”导致人在新环境不易入睡、睡眠深度浅、易醒等问题，而此后睡眠往往会明显改善。根据这个现象，许多关于睡眠的实验室研究都将第一晚数据排除，只从第二天开始作为研究数据。最新研究反其道而行之，对首晚睡眠数据和次日数据进行比较，结果发现人类半脑睡眠现象也出现在首夜，或者说所谓首晚效应的本质是一种人类的半脑睡眠现象。
为了分析大脑的活动，研究人员用脑电图和脑磁图分析大脑神经元活动产生的电和磁信号，对采集的脑磁图数据进行分析后发现，首夜和次夜非快眼动睡眠的脑磁图数据存在明显差异，首夜受试者出现慢波活动两侧大脑不对称现象，次夜睡眠没有这种现象。慢波活动反映睡眠深度，数据显示受试者左侧大脑半球的睡眠深度低于右侧，次晚两侧大脑半球的睡眠深度都比较深。出现的一侧大脑慢波活动下降的大脑区域在功能上存在联系，都属于默认神经网络。两侧差异比较大的受试入睡更困难，提示这些受试首晚存在兴奋行为。研究结果提示，左侧大脑在首晚不容易入睡，可能是首晚效应的内在基础。难道左侧大脑在新环境中需要处于警觉状态？为回答这个问题，研究人员
要回答这个问题，研究人员用一组重复音调刺激刚入睡的受试，在这组声音中偶尔会出现不同其他的古怪声音，将大脑对古怪声音的反应作为警觉指数。在首夜第一次小睡时，右耳(左脑)对古怪声音的反应敏感度是左耳(右半球)的三倍，高于比次晚双层耳朵的反应。听到古怪声音后受试者会产生一段时间的兴奋才能再次入睡，这一兴奋持续时间右耳是左耳的6倍。最后受试者被要求用敲手指表示听到声音，发现在首夜受试者右耳听到声音并做出敲手指动作的次数高于左侧和次夜。这些研究结果提示，在一个新的环境，人类不容易入睡的原因是因为左大脑半球比平时耕警惕。论文作者认为，这是人类在进化过程中保留下来的一种能力，这种睡眠警觉性好的个体在群居时代有利于保护群体的安危。虽然在鸟和其他哺乳动物存在双侧大脑一侧睡眠一侧清醒的情况，但是这是第一次用研究证据证明人类也存在类似的情况。当然关于这个发现，仍然存在许多问题，例如为什么警觉侧大脑兴奋区域局限在默认网络，而不是注意网络。如果单侧大脑兴奋是负责保持警觉，为什么是左侧大脑，而不是擅长空间定位的右侧大脑。
最新这一研究对克服在陌生环境下睡眠障碍的问题提供了研究基础，人们可以根据这一现象设计一些刺激和调节大脑功能的器材和药物。

参考文献
Kelly, M.L., Peters,R.A., Tisdale, R.K., and Lesku, J.A. (2015). Unihemispheric sleep incrocodilians? J. Exp. Biol. 218,3175–3178.
Tamaki, M., Bang, J.W.,Watanabe, T., and Sasaki, Y. (2016). Night watch in one brain hemisphere duringsleep associated with the first-night effect in humans. Curr. Biol. 26,1190–1194.

http://blog.sciencenet.cn/blog-41174-993788.html

顾汉现

Unihemispheric sleep in crocodilians?
鳄鱼的单眼睡眠
抽象
降低警惕性是大多数动物的明显的睡眠成本。为了减轻这种成本，一些鸟类和水生哺乳动物已经发展了睡眠的能力，一次一半的大脑，这种现象被称为单眼睡眠。在单个半球睡眠期间，神经上连接到“清醒”半球的眼睛保持打开，而另一只眼睛关闭。已经观察到这种单侧眼睛闭合（UEC）跨越禽类和非禽类爬行动物，但在后者中几乎没有受到注意。在这里，我们探讨了UEC在基础条件下，在（2）其他年轻鳄鱼和（3）人类的青少年盐水鳄鱼（1）的使用。鳄鱼增加响应人的UEC的量，并且优选地使它们的开放眼睛朝向两种刺激。这些结果与对单眼睡眠的鲸类和鸟类的观察结果一致，并且可能影响我们对单个半球睡眠的演变的理解。

http://jeb.biologists.org/content/218/20/3175



Unihemispheric sleep and asymmetrical sleep: behavioral, neurophysiological, and functional perspectives
单眼睡眠和不对称睡眠：行为，神经生理和功能的观点
抽象
睡眠是以典型的身体姿势，两种眼睛闭合，升高的感觉阈值，独特的电记指征和运动活动的显着减少为特征的行为。此外，睡眠是周期性必需的行为，因此，在大多数动物中，它涉及整个脑和身体。然而，某些海洋哺乳动物和鸟类显示不同的睡眠行为，其中一个大脑半球睡眠而另一个醒来。在海豚，有耳的海豹和海牛，单一的半睡眠允许他们有睡眠，呼吸，温度调节和警惕的好处。在鸟类中，抗糖尿病警戒是单性睡眠的主要功能，但在家养小鸡中，它也与脑侧向化或控制行为的优势相关。与生物半球睡眠相比，单个半球睡眠意味着睡眠时间和相关恢复过程的减少。然而，水生哺乳动物和鸟类的行为和健康似乎并没有因睡眠的减少而受到损害。单个大脑睡眠的神经机制是未知的，但是假设鲸豚，海豹和鸟类的睡眠中涉及的神经结构与陆生哺乳动物的神经结构类似，这表明它们涉及下丘脑，基底前脑，和脑干。促进觉醒的神经机制主导大脑的一侧，而促进睡眠的神经机制占据另一侧。对于鲸类动物，单性睡眠是睡眠的唯一方式，而在海豹和鸟类中，单一半球的睡眠事件与生物半球和快速眼动睡眠事件混合在一起。脑电图半球不对称也报告在生物半球的睡眠，觉醒和睡眠开始，以及与使用依赖过程（局部睡眠）相关。
关键词：睡眠，不对称，单一，海豚，海豹，鸟类

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4948738/



Night Watch in One Brain Hemisphere during Sleep Associated with the First-Night Effect in Humans
在一个大脑半球在睡眠期间的夜观与在人类的第一夜作用相关联
Masako玉木， 纪王邦2， 渡边武夫， Yuka Sasaki
通信作者简介Yuka Sasaki 给作者发送电子邮件作者Yuka Sasaki''
2 当前地址：乔治亚理工学院心理学院认知和脑科学，831 Marietta Street NW，亚特兰大，GA 30318，美国
DOI：http : //dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.02.063 |

强调
•睡眠深度的半球不对称发生在新地方的第一夜
•这种半球间不对称发生在默认模式网络中
•睡眠较少的半球显示出对异常刺激的反应增加的警惕性
•在一个新的环境中，一个脑半球可以在睡眠期间作为夜视

概要
我们经常在新环境中经历麻烦的睡眠[1]。这被称为人类睡眠研究中的第一夜效应（FNE），并被认为是典型的睡眠障碍[2-4]。在这里，我们显示FNE是一个半球比另一个更加警惕的表现，作为一个夜间监视不熟悉的环境在睡眠期间[5,6]。使用先进的神经成像技术[7,8]以及多导睡眠监测，我们发现第一次睡眠实验会话中的暂时睡眠障碍涉及睡眠深度的区域大脑半球不对称[9]。与FNE相关的睡眠深度的半球间不对称性发生在涉及在觉醒休息期间的自发内部思维的默认模式网络（DMN）中[10,11]。不对称程度与睡眠发作潜伏期显着相关，这反映入睡困难的程度，并且是FNE的关键测量。此外，睡眠深度减少的半球表现出对异常外部刺激的增强的诱发脑反应。由较不睡眠的半球检测到的偏差外部刺激导致比由另一半球检测到的更多的觉醒和更快的行为反应。这些不对称性在随后的睡眠期间都不明显。这些证据符合这样的假设：在不熟悉的环境中陷入困境的睡眠是在不熟悉和潜在危险的环境中通过保持一个半球部分地比另一个半球更警惕的作为一个夜表的生存的行为，其唤醒睡眠者当检测到不熟悉的外部信号时。

http://www.cell.com/current-biol ... 960-9822(16)30174-9