新的研究揭示了睡眠时大脑半球之间的竞争

人类是左右对称的。因此，我们的大脑由两个半球组成，它们通过穿过中线的特殊纤维束相互交流。虽然每个半球都倾向于处理身体另一侧的感官(视觉、听觉、触觉)和运动控制，但由于半球间不断的交流，我们通常意识不到这种功能的划分。人类的两个脑半球也专门负责某些功能:例如，语言区通常位于左脑半球。

大多数动物(鸟类、爬行动物、两栖动物、鱼类、昆虫、软体动物等)和人类一样，都是双侧对称的，并且拥有双侧对称的大脑。德国法兰克福马克斯·普朗克大脑研究所的洛伦兹·芬克、路易斯·里克尔梅和吉勒斯·洛朗研究了一种爬行动物——澳大利亚Pogona vitticeps龙的睡眠自然在睡眠的一个阶段，Pogona大脑的两个半球相互竞争，一方将其活动强加给另一方，直到主导半球切换到另一方，在整个晚上交替进行。

Lorenz Fenk解释说:“波戈纳的睡眠分为两种状态，类似于哺乳动物(包括人类)的睡眠状态:一个阶段是所谓的慢波睡眠，脑电图显示低频波——因此得名;第二个阶段是REM(快速眼动)或矛盾睡眠，脑电图与清醒状态下记录的脑电图相似(因此是'矛盾')，当身体处于瘫痪状态时，眼睛倾向于在眼睑下做抽搐运动(因此是REM)。”

在人类中，睡眠开始于一个长时间的慢波阶段(大约60分钟)，然后是5-10分钟的快速眼动，这种交替循环再次开始，每晚5-7次。随着夜晚的推移，快速眼动睡眠在每个睡眠周期中的比例都会增加。在波戈纳，睡眠周期短得多(不到2分钟)，两种睡眠状态在整个晚上的持续时间是相等的(每种睡眠状态45-60秒)。一只龙每晚要经历250-350个这样的睡眠周期，在慢波睡眠和快速眼动睡眠之间有规律地交替。

通过同时记录波戈纳人大脑两侧同一区域(称为脑闭塞)的神经元活动，科学家们发现，在睡眠的慢波阶段，每一侧的神经元活动都是独立的。然而，令他们惊讶的是，在快速眼动过程中，左右脑之间的时间间隔只有20毫秒(一毫秒是千分之一秒)，而左右脑之间的时间间隔却非常短。更令人惊讶的是，他们发现领先另一边20毫秒的那一边在每个睡眠周期中平均会在左右两边切换一次。

通过比较快速眼动期间左、右闭锁记录的信号强度，他们还观察到活动较强的一侧通常是领先的一侧。这和他们论文中提出的其他证据一起表明，在REM睡眠期间，左右脑相互竞争，而在REM睡眠期间则没有慢波睡眠在竞争时，实力较强的一方会把自己的活动强加给另一方。这种竞争形式被称为赢者通吃。

有趣的是，尽管左右两边在整个晚上占据主导地位的时间大致相同(各占睡眠周期的一半左右)，但左右两边的转换并不会在每个睡眠周期中完全发生。此外，在夜晚的最后几个小时里，两边的转换变得不那么频繁，一方在许多睡眠周期中主导另一方，然后将主导地位让给另一方，同样是在许多连续的周期中。

“这表明了几个睡眠控制回路的存在和相互作用，每个回路都有不同的时间尺度，其中一些时间尺度在整个晚上有系统的演变;这表明，无论睡眠在这些动物身上起什么作用，不同的机制可能在夜间的早期和晚期发挥作用，产生不同的后果，”劳伦特说。

为了了解在快速眼动睡眠期间左右脑是如何相互作用和竞争的，科学家们发现，这种竞争不是由于左右脑闭孔之间的直接相互作用，而是由于在大脑更深处的中脑和后脑交界处发现的电路。这些所谓的地峡回路存在于所有脊椎动物中，包括哺乳动物和人类，在鸟类中研究得尤其深入。在那里，它们已被证明对清醒的鸟类(猫头鹰和鸽子)的某些形式的视觉注意力很重要。芬克和他的同事们通过破坏波戈纳人大脑一侧的峡部回路的一个组成部分，就能够取消这一侧支配性的常规切换，使完好的那一侧在整晚(以及连续的几晚)都支配着另一侧。

虽然这项研究涉及的电路组件(闭锁、中脑和峡部)存在于包括人类在内的哺乳动物中，但目前尚不清楚在人类快速眼动睡眠期间是否也会发生类似的竞争性相互作用。睡眠的机制和功能很复杂，对任何动物的睡眠机制和功能都还知之甚少。这些关于爬行动物的新研究结果使研究动物的重要问题更加复杂睡眠动力学和函数。