人類左右大腦能夠單側睡眠

人類左右大腦能夠單側睡眠

一些動物，比如鳥類，海豚和鯨魚，可以進行單半球大腦睡眠，即，其中大腦的一個半球睡覺，而另一個半球保持清醒。保持半醒狀態允許動物對掠食者「睜大眼睛」，對於遷徙的鳥類來說，這種能力允許它們在天空中連續幾天甚至幾周不間斷飛行。

最近的研究發現，當第一次在新的地方經歷睡眠困難時，人會表現出類似的睡眠風格，稱為「第一夜效應」。這種效應涉及兩個大腦半球之間的不對稱狀態：當右半球參與正常的慢波睡眠時，左半球大腦則經歷較淺的睡眠，這表明大腦可能保持部分警覺。

德國柏林工業大學理論物理學教授艾克哈特·索爾(Eckehard Sch?ll)以及盧卡斯·拉姆洛（Lukas Ramlow）進一步研究了這種睡眠活動的潛在機制，以便開發人腦中大腦半球睡眠的模型。

索爾說：「我們的研究表明，對於人類來說，兩個大腦半球的自發動態對稱性破壞也是可能出現的。由於不同的睡眠階段與睡眠程度有關，我相信兩個半球的不同睡眠深度很可能發生在人類身上，不僅僅發生在鯨魚，海豚，海豹，魚類和鳥類。」

在人腦中，睡眠和覺醒狀態可以通過它們不同形式的電活動來區分。當清醒時，大腦中的神經元以非同步，有點混亂的方式發射，而睡眠大腦中的神經元以更加同步的方式發射。

之前的研究表明，大腦的兩個半球可以被視為兩個耦合的振蕩器體，因為兩個半球都以協調的方式產生電信號。從這個角度來看，當大腦佔據兩個共存域的狀態時，就會發生單半球睡眠，這個域由一個同步（睡眠）半球和一個不連貫（清醒）半球組成。在物理學中，這種以有序和無序共存為特徵的狀態被稱為「嵌合狀態」。

研究人員使用來自90個不同腦部位的20個人的MRI核磁共振成像數據，研究了大腦如何從不連貫（清醒）轉變為同步（睡眠）狀態的。正如他們所解釋的那樣，每個半球內的耦合（半球內耦合）強於兩個半球之間的耦合（半球間耦合）。通過降低半球間耦合強度，同時保持模型中半球內耦合強度固定，研究人員觀察到一個半球表現出比另一個半球更加同步的活動，類似於半球形睡眠和嵌合體狀態。

索爾說：「以前有人推測，嵌合狀態可能以單半球睡眠的形式存在於自然界中（對某些動物來說是已知的），但沒有給出真實的模型。我們工作的重點在於，我們首次通過使用人腦連接來模擬兩個大腦半球的動態，可以確實發生類似於單半球睡眠的部分同步。此外，我們已經確定了這種依賴的機制。關於半球內（強）和半球間（弱）耦合的不同強度。「

研究結果支持這樣的觀點，即，單半球睡眠需要在兩個半球之間進行一定程度的分離。研究人員發現，這種分離可能是由於大腦的結構不對稱造成的。例如，兩個半球在這些區域內具有不同大小的相應腦區域和不同的神經元密度。

基於他們的模型，研究人員發現即使是輕微的結構不對稱也會導致動態不對稱，其中一個半球表現出比另一個半球更加同步的發射模式，就像在嵌合狀態下一樣。總體而言，大腦中的結構不對稱可能解釋了大腦睡眠的潛在機制以及相關的第一夜效應，但許多問題仍未得到解決。

索爾說：「在未來的研究中，我們計劃更深入地研究我們模型中的單半球睡眠狀態（使用動態對人腦的經驗結構連接性），以便回答下面這些問題，大腦半球的哪些區域是同步的，哪些不同步？我們能否識別出大腦中不同區域之間同步的一種中繼？這種中繼同步如何與記憶，學習或感知有關？此外，我們正在研究如何發起和終止與大腦自發強烈同步相關的癲癇的發作。「

最新一期《歐洲物理快報》刊登了這項研究。

（來源：技術力量）

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