科学家们首次记录了一种自由放养的野生海洋哺乳动物的大脑活动，揭示了象海豹在海上度过的几个月的睡眠习惯。

20月10日发表在《科学》杂志上的这项新发现表明，虽然象海豹在繁殖季节每天可能在海滩上睡2个小时，但当它们在海上进行长达数月的觅食旅行时，它们平均每天只睡10个小时。在30分钟的深潜中，它们一次睡大约<>分钟，经常在快睡时螺旋向下，有时一动不动地躺在海底。

第一作者Jessica Kendall-Bar作为加州大学圣克鲁斯分校的研究生领导了这项研究，他们与UCSC的生态学和进化生物学教授Daniel Costa和Terrie Williams一起工作。

“多年来，关于象海豹的核心问题之一是它们什么时候睡觉，”UCSC海洋科学研究所所长科斯塔说。Costa的实验室在Año Nuevo保护区领导UCSC象海豹研究计划超过25年，使用越来越复杂的标签来跟踪海豹在觅食迁徙期间的运动和潜水行为，当它们前往北太平洋长达八个月。

“潜水记录显示他们一直在潜水，所以我们认为他们一定在我们所谓的漂流潜水期间睡觉，当他们停止游泳并慢慢下沉时，但我们真的不知道，”科斯塔说。“现在我们终于能够说它们在潜水期间肯定在睡觉，而且我们还发现，与其他哺乳动物相比，它们总体上睡得并不多。

事实上，在海上的几个月里，象海豹可以与目前由非洲象保持的所有哺乳动物中睡眠最少的记录相媲美，根据它们的运动模式，它们似乎每天只睡两个小时。

“象海豹是不寻常的，因为它们在陆地上时会睡很多觉，每天超过10个小时，在海上时会睡两个小时或更短时间，”Kendall-Bar说，他目前是加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所的博士后研究员。

象海豹在开阔的海洋中浮出水面时最容易受到鲨鱼和虎鲸等捕食者的攻击，因此它们在潜水之间只在水面呼吸一两分钟。

“他们能够长时间屏住呼吸，所以他们可以在安全的地表深处潜入深度睡眠，”肯德尔 - 巴尔说。

Kendall-Bar开发了一种系统，可以可靠地记录野生象海豹在海上正常潜水行为期间的大脑活动(如脑电图或EEG)。使用氯丁橡胶头帽固定脑电图传感器和小型数据记录器记录信号，当动物返回Año Nuevo的海滩时，可以恢复系统。

“我们使用与睡眠诊所的人类睡眠研究相同的传感器，以及一种可拆卸的柔性粘合剂来连接头帽，这样水就不会进入并破坏信号，”Kendall-Bar说。

除了脑电图系统外，海豹还携带时间深度记录器，加速度计和其他仪器，使研究人员能够跟踪海豹的运动以及相应的大脑活动。记录显示，潜水海豹进入深度睡眠阶段，称为慢波睡眠，同时保持受控的向下滑动，然后过渡到快速眼动(REM)睡眠，当睡眠瘫痪导致它们颠倒并向下漂移时“睡眠螺旋”。

“他们进入慢波睡眠并保持身体姿势几分钟，然后过渡到快速眼动睡眠，当他们失去姿势控制并颠倒过来时，”Kendall-Bar说。

威廉姆斯说，在发生这种情况的深处，海豹通常是负浮力的，并继续被动地以螺旋形落下，“像落叶一样”。在大陆架较浅的水域，象海豹有时会在海底休息时睡觉。

“它们似乎不可能在潜水期间真正进入麻痹性快速眼动睡眠，但它告诉我们一些关于这些海豹的决策过程，看看它们在水柱中的哪个地方感到足够安全，可以睡觉，”威廉姆斯说，他是UCSC比较神经生理学实验室的负责人。

在开发新的脑电图仪器时，Kendall-Bar首先将其部署在UCSC长海洋实验室海洋哺乳动物设施中的临时饲养的象海豹上。下一步是将其部署在圣克鲁斯以北Año Nuevo保护区的象海豹栖息地的动物身上，研究人员可以在那里观察海滩上的动物。

“我花了很多时间看睡海豹，”肯德尔-巴尔说。“我们的团队监测了仪器化的海豹，以确保它们能够与殖民地重新融合并且表现自然。

其中一些海豹在水中进行了短暂的游览，但为了观察潜水行为，研究人员使用了科斯塔实验室开发的易位程序。配备脑电图传感器和追踪器的幼年雌性象海豹从Año Nuevo运往蒙特雷，并在蒙特利湾南端的海滩上释放。在接下来的几天里，这些动物将游回Año Nuevo，穿过深邃的蒙特利峡谷，在那里它们的潜水行为与在公海中长时间觅食时看到的行为非常相似。

根据来自 13 只幼年雌性象海豹(包括总共 104 次睡眠潜水)的大脑活动和潜水行为数据，Kendall-Bar 开发了一种高度准确的算法，仅根据潜水数据来识别睡眠周期。这使她能够使用在觅食旅行中记录的几个月的潜水数据来估计 334 只成年海豹的睡眠配额。

“由于Dan Costa在Año Nuevo与象海豹合作超过25年的数据集，我能够将我们的结果推断到300多种动物，并获得人口水平的睡眠行为，”Kendall-Bar说，他现在计划使用类似的方法来研究其他种类的海豹和海狮以及人类自由潜水员的大脑活动。

威廉姆斯称肯德尔-巴尔在该项目上的工作是一次巡回演出。“完成这项工作是一项了不起的壮举，”她说。“她开发了一个脑电图系统，用于研究一种在海洋中潜入数百米的动物。然后，她使用这些数据来创建数据驱动的动画，这样我们就可以真正可视化动物在潜入水柱时在做什么。

威廉姆斯说，这些结果可能有助于保护工作，揭示首选休息区的“睡眠景观”。“通常情况下，我们关心的是保护动物觅食的区域，但也许它们睡觉的地方与任何其他关键栖息地一样重要，”她说。