Wake-like skin patterning and neural activity during octopus sleep

잠을 자는 동안, 많은 척추동물 그룹들은 적어도 두 가지 수면 단계, 즉 부분적으로 각각 깨어있는 것과 같은 뇌 활동과 동기적인 뇌 활동으로 특징지어지는 빠른 눈의 움직임과 느린 파도의 수면 사이에서 번갈아 가며 수면을 취합니다.

이 논문에서는 대략 5억 5천만 년 전에 척추동물에서 진화적으로 분리되어 큰 뇌와 행동 정교함을 독립적으로 진화한, 해양 무척추동물인 문어의 수면 두 단계의 신경 및 행동 상관관계를 설명합니다. 문어의 ‘조용한’ 수면은 약 60번의 뚜렷한 신체 움직임과 피부 패턴과 질감의 급격한 변화에 의해 일정 주기에 맞게 방해받습니다. 연구진들은 이러한 수면 방해가 항상적으로 조절되고, 신속하게 되돌릴 수 있으며, 뚜렷한 ‘활동적인’ 수면 단계를 나타내는 각성 임계값이 증가한다는 것을 보여줍니다. 활성 수면 피부 패턴의 컴퓨터 분석은 문어 전반에 걸쳐 보존되고 깨어 있을 때 보이는 패턴과 강하게 유사한 일련의 패턴을 통해 다양한 역학을 보여줍니다. 중앙 뇌의 고밀도 전기생리학적 기록은 활동적인 수면 중 국소장 전위(local field potential; LFP) 활동이 깨어 있는 것과 유사하다는 것을 보여줍니다. LFP 활동은 뇌 영역마다 다르며, 활동적인 수면 중 가장 강한 활동은 학습 및 기억 기능과 관련된 해부학적으로 연결된 영역인 superial frontal lobe와 vertical lobes에서 볼 수 있습니다.

조용한 수면기 동안, 이 지역들은 비교적 조용하지만 빈도와 지속 시간에서 포유류 수면 스핀들과 유사한 LFP 진동을 발생시킵니다. 척추동물과의 유사성의 범위는 문어의 2단계 수면의 측면이 복잡한 인식의 수렴 특징을 나타낼 수 있음을 나타냅니다.