我们为什么要睡觉(大结局)

作者: 朱钦士

来源: 科学大院

发布日期: 2023-12-14 07:17:21

本文探讨了睡眠的意义及其对动物生存的影响,提出了几种关于睡眠时失去意识的解释,包括调整状态说和转移记忆说。文章还讨论了神经系统演化的限制以及睡眠的必要性,并介绍了科学家在栉水母中发现的新型神经系统,为未来研究睡眠现象提供了新的视角。

失去意识还占用时间,睡眠的意义到底在哪

在前面几期中,对于什么样的动物需要睡觉,神经系统的产生和工作方式等等问题,我们都给出了答案。可以说,睡眠的“原理”我们已经了解得很多了。但是,睡眠不仅消耗大量时间,而且还会导致动物们意识消失,这无疑对动物的生存极为不利,意义何在?就算真的需要睡觉,为什么没有睡觉时还保持意识的动物?

关于这一点,有几种解释。

1. 调整状态说:神经活动会增强与信号传递线路有关的突触,越是被高度使用的突触,强度也会变得越大。例如在一个实验中,让一只猫只用一只眼睛观察,与它睁开的眼睛相连的视觉上皮显示出更强的神经连接。动物每天都要接收大量的信息,这种正反馈过程会使得一些神经回路被饱和而固定化,而神经系统需要神经回路处于灵活状态。

在睡眠过程中,突触的强度会降低,其中睡眠前只有轻微增强的突触有机会恢复常态,而只让睡眠前增强状态最高的突触依旧保留一定增强状态。这一过程类似于落潮,睡眠前是涨潮状态,突触被海量信息淹没,睡眠后信息大潮退去,大部分突触得以休息,只有少部分突触还处于被淹没(也就是激活)状态。

2. 转移记忆说:神经系统在处理外来信息时有关回路会发生强化,这也被认为是记忆形成的机制,即信息储存在神经回路的强度中。

这有些类似人在草地上踩出的印迹就是人活动的记录。但是同一条回路不能既保持原有记忆又同时形成新的记忆,因此记忆需要转移到脑中别的地方储存起来,形成永久记忆。在人脑中,记忆是从下丘脑转移到大脑皮层的,类似于计算机将RAM的临时记忆转移到硬盘上。这个过程也类似于老师“擦黑板”,黑板上的临时记忆被转移后,才能够在上面写新的东西。

REM睡眠时脑的活动状态与清醒时相同甚至更高,但是脑各部分的连接情况与清醒时不同,也支持记忆转移说。

以上这些过程都能够部分解释为什么所有的神经系统都需要睡眠,但是在目前,还不清楚这些因素贡献的相对大小,也不清楚哪一种是动物睡眠最主要的原因。神经系统必须睡觉的事实表明,演化过程不是万能的。

神经系统是动物以“吃”为中心生活方式演化出来的,并在其后的演化中越来越复杂,也让动物们的智力越来越发达。然而神经系统毕竟是由生物材料构成的信息传递和处理系统,它受到自然规律的限制,不可能一直持续工作,我们在使用它的同时,不得不付出大量时间来维护和修理它。所以,睡觉是我们成为动物必须付出的代价。

科学家们最近在栉水母中发现了另一类神经系统。

它和我们上面谈的神经系统有些相似,但是又有重要的区别,很可能是栉水母独立发展出来的。栉水母的神经系统构造复杂,有上皮下神经网(subepithelial nerve network, SNN),星型神经细胞、感觉身体位置的平衡器,以及布满表皮的感觉神经细胞。在神经细胞的这些连接方式来看,上皮下神经网络可能是接收并处理信息,并且发出指令的地方。

但是在这个网络中,5个神经细胞的细胞质是一个整体,信息如何在网络中传递,如何分析,如何发出指令,现在还完全不清楚。

或许在未来,当我们对栉水母的神经系统了解更深入之后,有机会从新的视角看待睡眠现象,从而提出更新更有深度的解答来。

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