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Sci:这种神奇睡法,有时一天睡2小时,有时一天睡10小时!

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发表于 2023-5-20 16:14:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 顾汉现 于 2023-5-20 17:16 编辑

Sci:这种神奇睡法,看呆科学家:有时一天睡2小时,有时一天睡10小时!

学术经纬

2023/05/06

论文
论文标题:Brain activity of diving seals reveals short sleep cycles at depth
作者:Jessica M. Kendall-Bar, Terrie M. Williams, Ritika Mukherji, Daniel A. Lozano, Julie K. Pitman, Rachel R. Holser, Theresa Keates, Roxanne S. Beltran, Patrick W. Robinson, Daniel E. Crocker, Taiki Adachi, Oleg I. Lyamin, Alexei L. Vyssotski, Daniel P. Costa

期刊:Science
发表时间:2023/04/07
数字识别码:10.1126/science.adf0566
摘要:Sleep is a crucial part of the daily activity patterns of mammals. However, in marine species that spend months or entire lifetimes at sea, the location, timing, and duration of sleep may be constrained. To understand how marine mammals satisfy their daily sleep requirements while at sea, we monitored electroencephalographic activity in wild northern elephant seals (Mirounga angustirostris) diving in Monterey Bay, California. Brain-wave patterns showed that seals took short (less than 20 minutes) naps while diving (maximum depth 377 meters; 104 sleeping dives). Linking these patterns to accelerometry and the time-depth profiles of 334 free-ranging seals (514,406 sleeping dives) revealed a North Pacific sleepscape in which seals averaged only 2 hours of sleep per day for 7 months, rivaling the record for the least sleep among all mammals, which is currently held by the African elephant (about 2 hours per day).

摘要翻译(由计算机程序完成,仅供参考,内容以英文原文为准):
睡眠是哺乳动物日常活动模式的重要组成部分。然而,对于在海上度过数月或一生的海洋物种来说,睡眠的位置、时间和持续时间可能会受到限制。为了了解海洋哺乳动物在海上是如何满足日常睡眠需求的,我们监测了在加利福尼亚州蒙特雷湾潜水的野生北方象海豹(Mirounga angustistris)的脑电图活动。脑电波模式显示,海豹在潜水时会小睡一会儿(不到20分钟)(最大深度377米;104次睡眠潜水)。将这些模式与334只自由放养的海豹(514406次睡眠潜水)的加速度计和时间深度图联系起来,揭示了北太平洋的睡眠景观,在7个月的时间里,海豹平均每天只睡2小时,与非洲象目前保持的所有哺乳动物中睡眠最少的记录(每天约2小时)相媲美。

所属学科:
动物学
脑科学
神经科学
▎药明康德内容团队


一天24小时,你睡几小时?每天只睡四五个小时应该已经是大部分人的“极限”了吧?



最近,科学家们刚发现,有一种哺乳动物的睡眠模式实在是太惊人了:它们在持续七八个月的深海长途旅行期间平均每天只睡2小时!这也让它们成功挑战“世界上睡眠最少的哺乳动物”。



这种动物就是海中巨兽、潜水精英——象海豹(elephant seal)。形成强烈反差的是,象海豹待在海滩上时,每天要睡10个小时甚至更长。




▲这几只2个月大的北象海豹(Mirounga angustirostris)正在海滩上呼呼大睡(图片来源:参考资料[2];Credit:Jessica Kendall-Bar,NMFS 23188)


在顶尖学术期刊《科学》新近发表的一篇论文中,科学家使用先进的远程监控技术,详细揭示了象海豹的睡眠奇迹,其中很多有趣的细节是人们首次知道。






海洋中的睡觉难题



“象海豹什么时候睡觉、怎么睡觉”的问题困扰了科学家很长时间。



很可能你小时候就在《十万个为什么》之类的书中看到过海豚是怎么睡觉的:它们大脑的两个半球会交替睡眠,半侧熟睡,半侧清醒,过段时间两侧换班。除了海豚外,鲸、海狮、海狗在海中也采用这种睡眠策略。然而,象海豹(以及其他海豹)却没有掌握大脑单半球睡眠法,它们和人类一样,睡觉时整个大脑就都进入了睡眠状态。




▲大多数哺乳动物的睡眠模式,包括象海豹和人类,总是大脑两个半球同时处于睡眠状态(图片来源:参考资料[3];Credit:Jessica Kendall-Bar)


在地面环境当然不要紧,可是象海豹在觅食、迁徙期间,需要连续数月待在开阔的海洋,这样的条件下,究竟要怎么解决睡觉大事?



近30年的追踪


为了解开这个谜题,海洋哺乳动物专家、加州大学圣克鲁斯分校(UCSC)海洋科学研究所的Daniel Costa教授已经研究了已近三十年。他和同事们开发和利用各种电子标签,来追踪野生北象海豹(Mirounga angustirostris)在太平洋中的移动轨迹和潜水行为。




▲Daniel Costa教授(右)与他的研究对象(图片来源:The Costa Lab/UCSC)


此次研究中,作为Costa教授合作团队的一员,Jessica Kendall-Bar博士主导开发了一种专门的工具:通过特制的象海豹头罩,记录这些海洋巨兽潜水期间的脑电图(EEG)活动。“我们使用的脑电图传感器就和人类在睡眠科接受睡眠研究时用的一样,并且使用了可卸除的柔性黏合剂固定头罩,以便防水。”她解释说。



除了脑电图系统,象海豹身上携带的小型数据记录器还可以同时报告时间深度、加速度、动作数据等。




▲用于记录象海豹脑电图的传感器(图片来源:参考资料[2])


有了新设备,研究团队首先记录了13只幼年雌性象海豹在海滩睡觉和海湾内短期潜水时的大脑活动数据。“我花了很多时间看象海豹睡觉,”Kendall-Bar博士令人羡慕地表示。



根据收集到的数据,他们紧接着开发了一种算法,可以准确地根据潜水数据识别象海豹是清醒着还是睡着了,并区分它们处于睡眠的什么阶段,比如慢波睡眠(SWS)或快速眼动(REM)睡眠。初步数据显示,象海豹会在潜水时打盹,每次不超过20分钟。



沉浸式深睡眠


随后,研究团队开始真正追踪野生象海豹为期7个多月的海上自由生活,最终成功破解了它们在水中是怎么睡觉的。研究人员指出,这是人们首次记录到自由活动的野生海洋哺乳动物的睡眠模式。



记录显示,这些象海豹平均每天的睡眠时间加起来只有2小时。这个数据让它们追平了非洲象长期保持的“睡得最少的哺乳动物”记录。



不仅睡得少,象海豹还是“碎片化睡眠”:每30分钟的深潜,短暂小睡10分钟。



虽然如此,象海豹却能在短暂的时间里进入“深”睡眠。“深”一方面体现在其睡眠状态很快进入慢波睡眠(深度睡眠),随后过渡到快速眼动睡眠。这种完全的REM睡眠是过去在其他海洋哺乳动物中从来没有见过的。另一方面,睡着的象海豹还在不断下潜,达到近400米的深度。在较浅的水域,甚至直接沉到海底一动不动地躺平。



而最有趣的是,当象海豹处于快速眼动睡眠阶段,由于睡眠麻痹——我们人类沉睡时正常情况下不会因为做梦而手舞足蹈也是因为睡眠麻痹,它们无法控制自己的身体姿势,于是身体翻转,向打转的落叶一样,以螺旋形向海底沉下去。



▲当象海豹在深潜期间进入快速眼动睡眠期,睡眠麻痹会让它们翻转身体以“睡眠螺旋”方式下沉(图片来源:参考资料[2];Credti:Jessica Kendall-Bar)

虽然下沉的样子看起来颇为滑稽,熟悉象海豹的研究人员却指出,这种睡眠策略很高明。因为胖滚滚、肥嘟嘟的象海豹是鲨鱼、虎鲸等海洋杀手眼中不可多得的“肥肉”,它们一旦在开阔的海洋浮出水面,很容易遭到捕食者攻击。象海豹只会在两次潜水的换气间歇到水面呼吸一两分钟,凭借着超长时间屏住呼吸的能力,在深潜时小睡并持续下沉,刚好可以避开捕食者。



致力于保护象海豹的科研人员还强调,这一发现提示,要真正保护象海豹,除了关心它们觅食的栖息地外,也要考虑如何保护适合它们睡眠休息的栖息地环境。



补觉少不了


睡眠必不可缺,我们来说,熬了几个通宵后必须补觉,象海豹也是一样。



现在,新研究也解释了它们为什么回到陆地后成天睡觉:必须偿还出海期间欠下的巨额“睡眠负债”。不过,像这样极端的睡眠时长变化,科学家表示还是首次在哺乳动物中记录到。



假如你平时也因为各种原因而不得不像海里的象海豹那样睡眠不足,假期里不妨学习陆地上的象海豹,饱饱地睡几天吧!


参考资料:
[1] Jessica M. Kendall-Bar et al., (2023) Brain activity of diving seals reveals short sleep cycles at depth. Science. DOI: 10.1126/science.adf0566
[2] Jessica M. Kendall-Bar et al., (2022) Eavesdropping on the brain at sea: development of a surface-mounted system to detect weak electrophysiological signals from wild animals. Animal Biotelemetry Doi: https://doi.org/10.1186/s40317-022-00287-x
[3] Elephant seals drift off to sleep while diving far below the ocean surface. Retrieved Apr. 24, 2023 from https://www.eurekalert.org/news-releases/985876
[4] Elephant seals drift off to sleep while diving far below the ocean surface. Retrieved Apr. 24. 2023 from https://www.ox.ac.uk/news/2023-0 ... below-ocean-surface

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文章标签
睡眠
象海豹
脑电图
慢波睡眠
快速眼动睡眠

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf0566

https://www.linkresearcher.com/t ... 5-9033-f9db69ac2e0d



人类睡眠-做梦周期的个体发育:生命早期“做梦”的主要作用可能是中枢神经系统的发育。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.152.3722.604



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