睡眠对于动物来说意味着什么？

本文最初刊登于《Knowable Magazine》 。

年轻的跳蛛整夜在实验室的盒子里摇摇晃晃地晃着。它们的腿时不时地卷曲，纺器抽动，透过半透明的外骨骼可以看到眼睛的视网膜，它们会来回移动。

德国康斯坦茨大学行为生态学家 Daniela Rößler 表示：“这些蜘蛛的行为似乎非常类似于 REM 睡眠。”在 REM（快速眼动）睡眠期间，睡眠动物的眼睛会不可预测地四处转动，还有其他一些特征。

对于人类来说，大多数梦境都是在 REM 阶段发生的，尤其是那些最生动的梦。这引出了一个有趣的问题。如果蜘蛛有 REM 睡眠，那么梦境是否也会在它们罂粟籽大小的大脑中展开？

2022 年，罗斯勒和她的同事报告了这种视网膜旋转蜘蛛的情况。他们用摄像机对准 34 只蜘蛛，发现这些蜘蛛大约每 17 分钟就会出现一次短暂的 REM 类似睡眠状态。这种眼神闪烁的行为是这些发作所特有的：这种行为不会发生在夜间跳蛛活动、伸展、重新调整丝线或用腿刷清洁自己的时候。

尽管蜘蛛在这些类似 REM 的睡眠阶段前是一动不动的，但研究小组尚未证明它们正在睡觉。但如果事实证明它们正在睡觉——并且如果看起来像 REM 的睡眠阶段真的是 REM——那么做梦就是一种明显的可能性，Rößler 说。她发现很容易想象，跳蛛作为高度视觉化的动物，可能会从梦中受益，因为梦是它们处理白天接收的信息的一种方式。

罗斯勒并不是唯一一位在与我们相距遥远的动物身上思考这些问题的研究人员。如今，研究人员在比以往更广泛的动物中发现了 REM 睡眠的迹象：蜘蛛、蜥蜴、乌贼、斑马鱼。越来越多的动物开始怀疑，做梦这种曾经被认为仅限于人类的状态是否比我们想象的更为普遍。

REM 睡眠通常除了快速眼动外，还具有一系列特征：骨骼肌暂时麻痹、周期性身体抽搐、大脑活动、呼吸和心率增加。1953 年，研究人员在睡眠中的婴儿身上观察到了 REM 现象，随后很快在其他哺乳动物（如猫、老鼠、马、绵羊、负鼠和犰狳）中也发现了 REM 现象。

至少在人类中，快速眼动睡眠期间大脑的活动已被很好地描述。在非快速眼动睡眠期间，也称为安静睡眠，大脑活动是同步的。神经元同时放电，然后安静下来，尤其是在大脑皮层，产生被称为慢波的活动。相比之下，在快速眼动睡眠期间，大脑会显示类似于清醒时的电活动爆发。

即使是哺乳动物，REM 睡眠也不尽相同。有袋类哺乳动物针鼹鼠同时表现出 REM 和非 REM 睡眠的特征。关于鲸鱼和海豚的报告表明，它们可能根本没有经历 REM。鸟类有 REM 睡眠，伴随喙和翅膀抽搐，支撑头部的肌肉失去张力。

尽管如此，研究人员开始在动物生命之树的许多分支中发现相似的睡眠状态。

例如，2012 年，研究人员报告称乌贼处于类似睡眠的状态，并且在假定的睡眠状态下，乌贼还表现出一种奇怪的类似 REM 的行为：乌贼会周期性地快速转动眼睛、抽动手臂并改变身体的颜色。在马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室的一次研究期间，行为生物学家 Teresa Iglesias 进一步研究了这一现象，收集了六只乌贼的数 TB 视频。

这六只海马都表现出了类似 REM 的活动，大约每 30 分钟重复一次：手臂和眼球的爆发性运动，在此期间它们的皮肤上演着一场秀，跳动着各种颜色和图案。这些生物会发出伪装信号和吸引注意力的信号，这两种信号都是在清醒时显示的。由于头足类动物的大脑直接控制这种皮肤图案，“这有点表明大脑活动有点疯狂，”伊格莱西亚斯说，他现在就职于日本冲绳科学技术研究所。

研究人员后来在章鱼身上也观察到了类似的状态。如果章鱼和乌贼做梦，“那我们就彻底颠覆了人类的特殊观念，”伊格莱西亚斯说。

研究人员还通过记录鬃狮蜥大脑中的电极信号，观察到了类似 REM 的睡眠阶段。他们还根据斑马鱼的大脑特征报告了至少两种睡眠状态。在一种状态下，神经活动同步，就像哺乳动物的非 REM 阶段一样。在另一种状态下，鱼表现出类似于清醒状态的神经活动，就像 REM 中发生的那样。（鱼没有表现出快速眼动。）

通过观察与我们进化关系如此遥远的生物的多个睡眠阶段，作者认为，不同的睡眠类型在数亿年前就出现了。现在我们知道，苍蝇也可能在两种或多种睡眠状态之间来回切换。蛔虫似乎只有一种睡眠状态。

研究人员认为，非人类动物在类似 REM 的睡眠中做梦的可能性很大，因为生物在这种状态下会做出类似清醒的行为——比如头足类动物的图案闪烁或蜘蛛的纺器摇动。慕尼黑马克斯·普朗克生物智能研究所和哥廷根大学医学院的睡眠科学家 Gianina Ungurean 与同事一起观察到，鸽子的瞳孔在 REM 期间会收缩，就像求偶行为期间一样。她说，这引发了一个问题：鸽子是在做梦，还是以某种方式重新体验了它们清醒求偶时发生的事情。

REM 睡眠还与某些动物的经历重现有关。例如，当研究人员观察之前曾走迷宫的睡眠小鼠的脑电活动时，他们发现有助于导航并与头部方向相关的神经元在放电，尽管小鼠的头部没有移动。他们还看到与眼球运动相关的神经元活动。Ungurean 说，这些因素综合起来表明小鼠可能有过梦境般的体验，它们在扫描周围环境。

温古里安说，鉴于所有这些迹象，我们可以合理地假设动物可能在做梦。“但是，如果我们逐一分析这些原因，就会发现没有一个是充分的。”温古里安说，与重放相关的大脑活动（如迷宫跑老鼠的大脑活动）不仅发生在 REM 或睡眠期间。它也可能发生于计划或做白日梦期间。而且 REM 和做梦之间的联系并不是绝对的：人类在非 REM 睡眠期间也会做梦，当使用药物抑制 REM 睡眠时，人类研究参与者仍然会做漫长而怪异的梦。

归根结底，人类知道自己在做梦，因为他们可以报告这种感觉，温古里安说。“但动物无法报告这种感觉，这是我们在纯粹科学地、稳健地证实这一点时遇到的最大问题。”

关于 REM 的作用，目前仍存在争议。“没有人真正知道睡眠的功能是什么——非 REM 还是 REM，”华盛顿大学圣路易斯分校的神经学家 Paul Shaw 说。最被接受的观点之一是 REM 有助于大脑形成和重组记忆；其他理论认为 REM 支持大脑发育，有助于发展身体的运动系统，维持清醒活动所需的回路，使这些回路不会在睡眠期间退化，或提高大脑温度。

但如果 R​​EM 被发现存在于动物界中遥远的物种中，那就表明它的作用，无论它是什么，都可能非常重要，伊格莱西亚斯说。

并非所有科学家都相信研究人员看到了 REM。加州大学洛杉矶分校研究睡眠的神经科学家杰罗姆·西格尔 (Jerome Siegel) 表示，他们可能只是在满足先入为主的观念，即所有动物都有两种睡眠状态，并将其中一种解释为 REM。他辩称，其中一些动物（例如蜘蛛）甚至可能没有睡着。“动物可能会做看起来相同的事情，但生理学不一定相同，”他说。

研究人员仍在寻找线索。Rößler 的团队正在尝试开发一种染色剂，以便对蜘蛛的大脑进行成像——这可能会揭示与我们做梦时使用的区域功能类似的区域的激活情况。Iglesias 等人在头足类动物的大脑中植入了电极，并捕捉了它们在两种睡眠状态下的电活动——一种表现出清醒状态的活动，另一种是安静状态，其神经特征与哺乳动物的相似。Ungurean 训练鸽子在 MRI 机器中睡觉，发现人类 REM 睡眠中亮起的许多大脑区域在鸟类中也会激活。

旧金山州立大学哲学家、 《当动物做梦时：动物意识的隐秘世界》一书的作者戴维·M·佩纳-古兹曼说，如果乌贼、蜘蛛和许多其他动物都会做梦，那么就会引发关于它们经历什么的有趣问题。他说，由于梦境是从观察者的视角展开的，所以做梦的动物应该有能力从它们的角度看世界。

他补充说，做梦也暗示着它们具有想象力。“我们想认为人类是唯一能够脱离世界的人，”他说。“我们可能不得不多想想其他动物。”

编者注：本文于 2023 年 9 月 1 日更新，以纠正研究中关于该物种的错误。研究人员研究的是之前曾跑过迷宫的睡眠小鼠的脑电活动，而不是大鼠。

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卡罗琳·威尔克 (Carolyn Wilke)是驻芝加哥的自由科学记者，报道考古学、化学和自然界。关注她的账号：@carolynmwilke。

本文最初发表于《Knowable Magazine》，这是《Annual Reviews》旗下的独立新闻机构。请订阅新闻通讯。