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SCIENTIFIC AMERICAN June 2019

One Eye Open

片目を開けて眠る動物たち 半球睡眠

By Gian Gastone Mascetti G. G. マセッティ
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One of the most striking features of living organisms, both animals and plants, is the way their physiology and behavior have adapted to follow the fluctuations of daily light and nocturnal darkness. A clock in the brain synchronized to environmental cues generates biological changes that vary over a 24-hour cycle—circadian rhythms. In this way, the earth’s rotation is reproduced in the dynamics of our neuronal circuits.  生物の最も顕著な特徴のひとつは,動物も植物も,日中の光と夜の暗さという変動に自身の生理と行動を適応させてきたことだ。環境からの信号に同期した脳内の時計が,24時間周期で変動する生物学的な変化を生み出している。いわゆる「概日リズム」だ。このように,地球の自転は生物の神経回路の活動状況に反映されている。
The sleep-wakefulness cycle is a typical circadian rhythm. Wakefulness is characterized by sensory activity and movement; during sleep the senses lose touch with their surroundings, and movements subside. This periodic loss of consciousness appears on electroencephalogram (EEG) recordings as a clear signature: deep sleep consists of slow oscillations of high amplitude. Wakefulness, in contrast, is made up of fast, low-amplitude oscillations. Much about sleep remains a mystery, however. Why would an animal shut down basic sensory and motor activity for hours on end, leaving itself a target for predators? This question becomes more acute in aquatic mammals, which need to regulate breathing and body temperature while they sleep.  睡眠・覚醒サイクルは典型的な概日リズムだ。覚醒状態では感覚活動と身体運動が活発なのに対し,睡眠中は感覚が周囲との接触を失い,身体の動きは低下する。この周期的な意識消失は脳波に明確な特徴として表れる。深い眠りの際に脳波は振幅の大きなゆっくりした振動となり,覚醒状態では対照的に小さな振幅の速い振動となる。
 だが,睡眠の大部分はいまだに謎だ。なぜ動物は,捕食者に狙われやすくなるのに,基本的な感覚と動きを何時間も停止するのか? 水生哺乳動物の場合,睡眠中も溺れずに呼吸と体温を調節する必要があるわけで,この問題はさらに深刻となる。
Remarkably, some animals have solved this problem by developing the ability to sleep with one half their brain while remaining vigilant with the other—a behavior known as unihemispheric slow-wave sleep (USWS). Still others engage in USWS under some circumstances but put both hemispheres to bed when necessary. Marine mammals, bird species and possibly reptiles enter a half-on/half-off state, sometimes keeping one eye open during these intervals. Recently researchers have even discovered a vestigial form of unihemispheric sleep in humans.  驚いたことに,一部の動物はこの問題を,脳の半分だけで眠って他の半分で寝ずの番をする能力を発達させることで解決した。「半球徐波睡眠」と呼ばれる行動だ。半球睡眠に加え,必要に応じて両半球を眠らせる動物もいる。海生哺乳類や鳥類,おそらくは爬虫類も,脳の半分が眠って半分が目覚めている状態に入り,その状態では片目を開けたままでいる場合もある。最近では人間にも,痕跡的な形の半球睡眠が見つかった。
Half-slumber provides a fascinating vista into the science of sleep. While studies are carried out on the dormant half, the opposite side can serve as the requisite control for experiments. The ability to thrive with a relative lack of sleep, as dolphins and some birds do, may provide ideas for treating human sleep disorders, which often affect one brain hemisphere more than the other.   半球睡眠は睡眠の科学に魅力的な視点を提供してくれる。眠っている脳半球を調べながら,反対側の脳半球を実験に欠かせない対照例として,両者を比較できる。イルカや一部の鳥類のように比較的乏しい睡眠でも生きていける能力は,人間の睡眠障害の治療に新たな手がかりをもたらす可能性もある。睡眠障害は片方の脳半球に他方よりも大きな影響を及ぼすことが多い。