Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Бір жартышарлы ұйқы - бұл мидың бір жартысы тынығып, екінші жартысы сергек болып қалатын ұйқы. Бұл қалыпты ұйқыдан айырмашылығы, онда екі көз жабық, мидың екі жартысы да ессіз. USWS-де, сондай-ақ асимметриялық баяу толқындық ұйқы деп аталады, мидың жартысы терең ұйқыда, көздің жылдам қозғалмауының бір түрі және осы жартысына сәйкес келетін көз жабық, ал екінші көз ашық болады. Электроэнцефалография (ЭЭГ) арқылы қаралғанда, бір жағынан баяу толқындық ұйқының белгілері көрінеді, ал екінші жағынан сергектіктің белгілері байқалады. Бұл құбылыс көптеген құрлық, су және құс түрлерінде байқалды. Бұл құбылысқа нейротрансмитер ацетилхолиннің әртүрлі шығарылуымен байланысты ерекше физиология байланысты. Бір жарты шардағы баяу толқын кезеңінде ұйқыға кететін уақыт екі жақты баяу толқын ұйқысына қарағанда әлдеқайда аз. Бұрын дельфиндер мен тюлендер сияқты су жануарлары суға шығатын жердің үстіне жиі шығып, тыныс алып, дене қызуын реттейтін. USWS осы маңызды іс-әрекеттерді ұйқымен бір мезгілде орындау қажеттілігімен туындаған болуы мүмкін. Құстар құрлықта екі жарты шармен ұйықтап, бір жарты шармен ұйықтап жатады. Олардың аяқтары мен қанаттары суға мүлдем төзімді емес, сондықтан олар суға тоқтап, қайта ұшып кету үшін суға түсіп, демалу үшін энергияны тиімді пайдалана алмайды. Бір жарты шарда ұйқыда ұйқысы жай толқынмен ұйқысы, құстар қоршаған ортаны және қанаттарын аэродинамикалық бақылауын сақтай алады, сонымен бірге олар сергектік кезінде назар аудару үшін қажетті ұйқыға ие болады. Ұшу кезінде олар жердегіге қарағанда ұйқысы симетриялық емес, көбінесе ұшу кезінде ауа ағыстарын айналып жүріп ұйықтайды. Олардың миының ояу жарты шармен байланысқан көзі ұшу бағытына қараған. Олар жерге түскеннен кейін, ұйқы қарызынан құтылады, өйткені олардың REM ұйқы ұзақтығы айтарлықтай қысқарады және баяу толқын ұйқысы артады. Ұйқының аз болуына қарамастан, USWS бар түрлер мінез-құлық немесе денсаулық деңгейінде шектеулер ұсынбайды. Дельфиндер сияқты киіз жануарлар денсаулығын сақтап, есте сақтау қабілетін жоғары деңгейде сақтайды. Шынында да, киттер, тюлендер мен құстар толық ұйқысыздықты тиімді иммундық жүйемен, мидың пластикалықлығын сақтап, терморегуляциямен және мидың зат алмасуын қалпына келтірумен өтейтін болады. Көптеген жануарларда баяу толқындық ұйқы жоғары амплитудалы, төменгі жиілікті ЭЭГ-мен сипатталады. Бұл мидың синхронды емес күйі немесе терең ұйқы деп те аталады. USWS-де тек бір жарты шарда терең ұйқы ЭЭГ-і, ал екінші жарты шарда төмен амплитудалы және жоғары жиіліктегі сергектікке тән ЭЭГ-і болады. Сонымен қатар, жарты шарлар ұйқының өтпелі кезеңдерінде болатын жағдайлар бар, бірақ олар екіжақты табиғатына байланысты зерттеуге жатпайды. USWS - бұл мидың бір бөлігі ұйқыны басқаратын, ал екінші бөлігі сергектікті басқаратын алғашқы белгілі мінез-құлықты білдіреді. Бұл белбеулердің сүйікті мінез-құлқы екені де дәлелденді, бірақ ұйқы жарым шар мен ашық көзді тікелей байланыстыратын сәйкессіздіктер туындады. USWS соқыр жануарларда немесе визуалды ынталандырулар болмаған кезде сақталатынын ескерсек, оны көзді ұйықтап тұрған кезде ашық ұстаудың салдары ретінде қарастыруға болмайды. Сонымен қатар, дельфиннің ашық көзі контралатеральды жарты шарды күшпен белсендірмейді. Бір жақты көру контралатеральды жарты шарды белсенді ұстауда елеулі рөл атқарса да, бұл USWS-тің қозғаушы күші емес. Нәтижесінде USWS эндогендік механизмдер арқылы пайда болуы мүмкін.
Unihemispheric slow wave sleep (USWS) is sleep where one half of the brain rests while the other half remains alert. This is in contrast to normal sleep where both eyes are shut and both halves of the brain show unconsciousness. In USWS, also known as asymmetric slow wave sleep, one half of the brain is in deep sleep, a form of non rapid eye movement sleep and the eye corresponding to this half is closed while the other eye remains open. When examined by electroencephalography (EEG), the characteristic slow wave sleep tracings are seen from one side while the other side shows a characteristic tracing of wakefulness. The phenomenon has been observed in a number of terrestrial, aquatic and avian species. Unique physiology, including the differential release of the neurotransmitter acetylcholine, has been linked to the phenomenon. The amount of time spent sleeping during the unihemispheric slow wave stage is considerably less than the bilateral slow wave sleep. In the past, aquatic animals, such as dolphins and seals, had to regularly surface in order to breathe and regulate body temperature. USWS might have been generated by the need to perform these vital activities simultaneously with sleep. On land, birds can switch between sleeping with both hemispheres to one hemisphere. Due to their poorly webbed feet and long wings, which are not completely waterproof, it is not energetically efficient for them to make rest stops or land on water, only to take flight again. Using unihemispheric slow wave sleep, birds are able to maintain environmental awareness and aerodynamic control of wings while obtaining the necessary sleep they need to sustain attention during wakefulness. Their sleep is more asymmetric in flight than on land, and they sleep mostly while circling air currents during flight. The eye connected to the awake hemisphere of their brain is the one facing the direction of flight. Once they land, they pay off their sleep debt, as their REM sleep duration significantly decreases and slow wave sleep increases. Despite the reduced sleep quantity, species having USWS do not present limits at a behavioral or healthy level. Cetaceans, such as dolphins, show preserved health as well as great memory skills. Indeed, cetaceans, seals, and birds compensate for the lack of complete sleep with efficient immune systems, preserved brain plasticity, thermoregulation, and restoration of brain metabolism. In most animals, slow wave sleep is characterized by high amplitude, low frequency EEG readings. This is also known as the desynchronized state of the brain, or deep sleep. In USWS, only one hemisphere exhibits the deep sleep EEG while the other hemisphere exhibits an EEG typical of wakefulness with a low amplitude and high frequency. There also exist instances in which hemispheres are in transitional stages of sleep, but they have not been the subject of study due to their ambiguous nature. USWS represents the first known behavior in which one part of the brain controls sleep while another part controls wakefulness. This has also been shown to be the favored behavior of belugas, although inconsistencies have arisen directly relating the sleeping hemisphere and open eye. Given that USWS is preserved also in blind animals or during a lack of visual stimuli, it cannot be considered as a consequence of keeping an eye open while sleeping. Furthermore, the open eye in dolphins does not forcibly activate the contralateral hemisphere. Although unilateral vision plays a considerable role in keeping active the contralateral hemisphere, it is not the motive power of USWS. Consequently, USWS might be generated by endogenous mechanisms.
Кіші корпус кальоз
USWS-ге екі жарымшарлық бөліну қажет, бұл мидың жарты шарларын бірінің SWS-ге қатысуын қамтамасыз ету үшін жеткілікті, ал екіншісі оянған кезде. Корпус-каллозом - сүтқоректілердің миындағы анатомиялық құрылым, ол жарты шарлар арасындағы қарым-қатынасқа мүмкіндік береді. Басқа сүтқоректілерге қарағанда киттердің корпус кальозы кішірек екені байқалады. Сол сияқты құстарда корпус-каллозом мүлдем жоқ және олардың жарты шарлар арасындағы байланыстар өте аз. Басқа дәлелдер бұл әлеуетті рөлге қайшы келеді; корпус кальозумның сагиттальды қиылыстары қатаң бігемісфералық ұйқыға әкелетіндігі анықталды. Нәтижесінде, бұл анатомиялық айырмашылық, жақсы байланысты болса да, USWS-тің болуын тікелей түсіндірмейді.
USWS requires hemispheric separation to isolate the cerebral hemispheres enough to ensure that the one can engage in SWS while the other is awake. The corpus callosum is the anatomical structure in the mammalian brain which allows for interhemispheric communication. Cetaceans have been observed to have a smaller corpus callosum when compared to other mammals. Similarly, birds lack a corpus callosum altogether and have only few means of interhemispheric connections. Other evidence contradicts this potential role; sagittal transsections of the corpus callosum have been found to result in strictly bihemispheric sleep. As a result, it seems this anatomical difference, though well correlated, does not directly explain the existence of USWS.
Жоғары қауіпті жыртқышқа бейімделу
Құстардың көпшілігі бір жарты шарда ұйқы кезінде жақындап келе жатқан жыртқыштарды байқай алады. Ұшу кезінде құстар USWS-ді пайдалану арқылы және бір көзін ашық ұстап, көздерін сақтайды. Құс түрлерінің бір жарты шарлық ұйқыны пайдалануы жыртқыштардың қаупіне тікелей пропорционалды. Басқаша айтқанда, құстардың кейбір түрлерінің USWS пайдалануы жыртқыш құстардың қаупі өскен сайын артады.
Most species of birds are able to detect approaching predators during unihemispheric slow wave sleep. During flight, birds maintain visual vigilance by utilizing USWS and by keeping one eye open. The utilization of unihemispheric slow wave sleep by avian species is directly proportional to the risk of predation. In other words, the usage of USWS of certain species of birds increases as the risk of predation increases.
Ең қолайлы бейімделудің тіршілік етуі
Киттер мен құстардың эволюциясы жыртқыш аңдардан аулақ болу мүмкіндігін арттыру мақсатында кейбір механизмдерді қамтыған болуы мүмкін. Сонымен қатар, "топтың шеткі әсерінің" кері нұсқасы Тынық мұхитының ақ жақты дельфиндерінің тобында байқалды. Дельфиндер оң жағында жүзіп жүргенде, оң көзі ашық болады. Кейбір құстардан айырмашылығы, бұл киттердің ашық көздері сыртқа емес, топтың ішіне қарайды. Тынық мұхит дельфиндерінің USWS кезінде мүмкін болатын жыртқыш қауіптері маңызды рөл атқармайды. Бұл түрдің "топтық шет әсерінің" кері нұсқасын пайдаланып, бір жарты шарлық баяу толқындық ұйқыны сақтай отырып, құйрықтарды қалыптастыру мен үйлесімділікті сақтау үшін пайдаланғаны айтылды.
The evolution of both cetaceans and birds may have involved some mechanisms for the purpose of increasing the likelihood of avoiding predators. In addition, a reversed version of the "group edge effect" has been observed in pods of Pacific white sided dolphins. Dolphins swimming on the left side of the pod have their right eyes open while dolphins swimming on the right side of the pod have their left eyes open. Unlike in some species of birds, the open eyes of these cetaceans are facing the inside of the group, not the outside. The dangers of possible predation do not play a significant role during USWS in Pacific white sided dolphins. It has been suggested that this species utilizes this reversed version of the "group edge effect" in order to maintain pod formation and cohesion while maintaining unihemispheric slow wave sleep.
Болашақтағы зерттеулер
Соңғы зерттеулер көрсеткендей, ақ бақал құс, сондай-ақ басқа құсқұстар ұшып бара жатқанда, көшіп-қону маусымында ұйқыға өте жақсы ие. Алайда, осы зерттеуде ұйқы үрдісі тұтқында жүрген кездегі қоныс аударушы бейқамдық кезінде байқалды және еркін ұшатын құстардың үрдісіне ұқсас болмауы мүмкін. Еркін ұшатын құстар ұшып жүрген кезде, бақылаудағы тұтқындағы жағдайларға қарағанда, ашық аспанда да ұйықтап кетуі мүмкін. Құстардың ұшып ұйқыға түсетінін анықтау үшін, олардың миының белсенділігін түсіру қонудан кейін емес, ұшып бара жатқан кезде жүргізілуі керек. Жақында көгершіндердің ұшып бара жатқан миының белсенділігін бақылау әдісі тиімді болып шықты. Бұл жаңа әдістермен бірге бақыланатын жағдайда ауа құбыры арқылы ұшуды жасақтап, мидың белсенділігін өлшеу арқылы құстардың ұшып бара жатқанда ұйықтап жатқанын анықтауға болады. Сонымен қатар, USWS-ті бақылаудағы ацетилхолиннің рөлін анықтайтын зерттеулерге негізделген, асимметриялық ұйқы моделіндегі рөлдерін түсіну үшін қосымша нейротрансмиттерлер зерттелді.
Recent studies have illustrated that the white crowned sparrow, as well as other passerines, have the capability of sleeping most significantly during the migratory season while in flight. However, the sleep patterns in this study were observed during migratory restlessness in captivity and might not be analogous to those of free flying birds. Free flying birds might be able to spend some time sleeping while in non migratory flight as well when in the unobstructed sky as opposed to in controlled captive conditions. To truly determine if birds can sleep in flight, recordings of brain activity must take place during flight instead of after landing. A method of recording brain activity in pigeons during flight has recently proven promising in that it could obtain an EEG of each hemisphere but for relatively short periods of time. Coupled with simulated wind tunnels in a controlled setting, these new methods of measuring brain activity could elucidate the truth behind whether or not birds sleep during flight. Additionally, based on research elucidating the role of acetylcholine in control of USWS, additional neurotransmitters are being researched to understand their roles in the asymmetric sleep model.