Nature | 章鱼睡觉时皮肤变色？

该论文标题为《章鱼睡眠时类似清醒的皮肤模式和神经活动》，于2023年6月28日在《nature》期刊上发布。在该论文中,作者从章鱼睡眠时皮肤的模式变化和神经活动作为主题，从章鱼睡眠的两个不同时期设计实验并得出最终结果。

众所周知，以智人为主的哺乳动物的睡眠模式由快速眼动期和深度睡眠期组成，并以基本固定的周期进行轮换。如果假设两阶段睡眠的功能确实是普遍的，那么可能会在表现出复杂认知能力的动物中广泛发现两阶段睡眠的神经和行为相关性。因此研究人员通过选择章鱼作为研究对象，猜测章鱼的睡眠模式也表现为两个阶段并且与脊椎动物具有相似性（在论文中，研究人员以QS（安静睡眠quiet sleep），AS（活跃睡眠active sleep）分别命名睡眠两阶段）。

研究人员通过实验设计判断章鱼的睡眠模式。首先，将章鱼饲养在动物水箱中，在设置完成适宜的实验环境后，在章鱼的AS时段，QS时段和清醒时段分别对章鱼施加三种不同强度的刺激，最终得出的结果如图。

与章鱼清醒时段相比，AS，QS时段在弱刺激下几乎毫无反应，其中QS阶段较易受到中强刺激影响而AS阶段所受影响与刺激强度关联较大。

下一步，作者设计了睡眠剥夺实验：先连续记录章鱼48小时的状态；实验开始，每隔一段时间用工具刺激章鱼使其在固定时间段保持清醒，其他时间自由活动，重复两次得到以下结果。

由图可知，连续两天的睡眠剥夺使章鱼后两晚活跃发作率显著增加。

综上，我们可知章鱼的睡眠模式具有周期性的阶段轮换和受体内平衡调节的活跃发作。

相比着墨不多的章鱼睡眠行为，在神经活动和皮肤模式这一方面作者做出了详细的实验论证。

①神经模式：

研究人员使用了多位点神经像素探针来进行实验。首先进行电生理手术，让探针在能准确监测且不影响章鱼活动的情况下植入章鱼的脑部；然后使用软件进行神经像素记录；最后取出探针，安乐死章鱼并取出头囊，安装在显微镜下并观察。

②皮肤模式

研究人员利用QS，AS期间的平均皮肤亮度轨迹检测QS，AS期间的颜色闪烁。

采用高分辨率章鱼视频量化皮肤模式。在标准预处理之后，使用Keras64平台，在ImageNet63数据库上预训练，网络评估400×400像素作物，作为皮肤模式度量，描述了视频剪辑中每一帧的皮肤图案。

研究发现QS期间章鱼睡眠的神经活动——LFP活性低于AS时段；其中有两个突出的活动来源，一个与QS期间可观察到的短暂皮肤颜色闪光有关；一个在thesFL区域，LFP被持续1秒的12-18Hz震荡打断。

AS期间章鱼睡眠的神经活动——LFP活动因脑状态的不同出现变化；额下叶和颊叶表现出更强的低频唤醒，其他脑区尤其是thesFL区域，AS期间更加活跃。

a活跃休息期间的平均皮肤亮度。顶部显示了章鱼身体的图像，从顶部看，头朝上，来自整个活动回合。b记录更长时间尺度的平均皮肤亮度显示AS和QS之间有节奏的交替。

a顶部显示QS期间sFL中记录的LFP，显示振荡事件(箭头)和相对于其他行为状态的活动减少。底部显示了顶部LFP的谱图。b (a)中爆发的扩展视图(红色箭头)。c振荡事件的平均谱图d QS期间的振荡事件。n = 9神经像素记录被映射到图谱。探针颜色与平均振荡事件率有关。e小提琴图显示每个区域电极上的平均振荡事件率。插图显示，VL和Subv被前后分割，显示出较高的前振荡事件率。

i,j图显示了AS, QS和尾流阶段的低(i)和高(j)频率振荡的强度。

e清醒时低频(0.1-10 Hz) LFP活动强度与AS的关系。交叉:位于大脑区域的所有电极的平均值±95%置信区间。从N = 8、3、3、2、3、3、3、3、6只动物中分别取583、477、85、81、84、239、395个电极，分别用于VL、sFL、iFL、Buc、Subr、dBL、Subv。f与e不同的是高频(20-150 Hz) LFP活动强度。