本文最初发表于 Knowable Magazine。
年轻的跳蛛在夜间通过一根丝悬挂在实验室的盒子里。它们会不时地卷曲腿，并抽动它们的纺织器——透过它们半透明的外骨骼可以看到它们的眼睛视网膜，在前后移动。
德国康斯坦茨大学的行为生态学家 Daniela Rößler 说：“这些蜘蛛的行为似乎非常接近 REM 睡眠。” REM（代表快速眼动）是一种睡眠状态，在此期间，睡眠动物的眼睛会不可预测地快速移动，还有其他特征。
在人类身上，REM 睡眠是发生大多数梦境的时候，尤其是最生动的梦境。这引出了一个有趣的问题。如果蜘蛛有 REM 睡眠，那么在它们像罂粟籽一样大小的大脑中，是否也可能发生梦境呢？
Rößler 和她的同事于 2022 年报告了视网膜转动的蜘蛛。他们用相机对 34 只蜘蛛进行了训练，发现这些生物大约每 17 分钟就会经历一次短暂的类似 REM 的时期。眼球快速移动的行为仅限于这些时期：当跳蛛在夜间活动、伸展、调整丝线或用腿刷拭清理身体时，这种行为不会发生。
尽管蜘蛛在这些类似 REM 的时期来临前是静止不动的，但研究团队尚未证明它们是在睡眠。但 Rößler 表示，如果它们确实在睡眠——并且如果看起来像 REM 的确实是 REM——那么做梦就是一个明确的可能性。她很容易想象，作为高度视觉化的动物，跳蛛可能会从梦境中受益，以此来处理白天获取的信息。
Rößler 并非唯一一个思考这些与我们自身相距甚远的动物问题的研究者。如今，研究人员正在发现比以往更广泛的动物群体中存在 REM 睡眠的迹象：蜘蛛、蜥蜴、乌贼、斑马鱼。不断增加的证据让一些研究人员想知道，曾经被认为仅限于人类的做梦状态，是否比人们曾经认为的更为普遍。
REM 睡眠通常除了快速眼动外，还具有一系列特征：骨骼肌暂时瘫痪、周期性身体抽动、脑活动、呼吸和心率增加。1953 年在睡眠婴儿身上观察到 REM 睡眠后，很快在其他哺乳动物如猫、老鼠、马、羊、负鼠和犰狳身上发现了 REM 睡眠。
在 REM 睡眠期间大脑发生的事件，至少在人类身上，已经得到了很好的描述。在非 REM 期（也称为安静睡眠）期间，大脑活动是同步的。神经元同时放电然后进入静默状态，尤其是在大脑皮层，形成称为慢波的活动波。相比之下，在 REM 睡眠期间，大脑会显示出类似清醒状态的电活动爆发。
即使在哺乳动物之间，REM 睡眠的表现也并非完全相同。被称为针鼹的哺乳动物同时表现出 REM 和非 REM 睡眠的特征。关于鲸鱼和海豚的报告表明，它们可能根本不会经历 REM 睡眠。鸟类有 REM 睡眠，伴随着喙和翅膀的抽动以及支撑头部的肌肉张力丧失。
尽管如此，研究人员开始在生命之树的许多分支中发现相似的睡眠状态。
例如，在 2012 年，研究人员报告了乌贼的一种类似睡眠的状态，以及在该疑似睡眠状态期间一种奇特的、类似 REM 的行为：这些动物会周期性地快速移动眼睛，抽动触手并改变身体的颜色。在马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室的一个研究项目中，行为生物学家 Teresa Iglesias 进一步调查了这一现象，收集了六条乌贼的数 TB 视频。
所有六条乌贼都表现出大约每 30 分钟重复一次的类似 REM 的活动：在手臂运动和眼球运动爆发期间，它们的皮肤会呈现出各种颜色和图案。这些生物会闪烁伪装信号和吸引注意力的信号，这两种信号在清醒行为中都会出现。由于头足类动物的大脑直接控制着这种皮肤图案的变化，Iglesias（现任职于日本冲绳科学技术研究所）说：“这似乎表明大脑的活动有些混乱。”
此后，研究人员观察到了章鱼身上类似的睡眠状态。Iglesias 表示，如果章鱼和乌贼会做梦，“这会彻底颠覆我们认为人类多么特别的想法。”
研究人员还通过记录鬃狮蜥脑部电极的信号，观察到了类似 REM 的阶段。他们还根据斑马鱼的大脑信号报告了至少两种睡眠状态。在其中一种状态下，神经活动与哺乳动物的非 REM 阶段同步。在另一种状态下，鱼类表现出类似清醒状态的神经活动，正如 REM 睡眠时一样。（鱼类没有表现出快速眼动。）
观察到如此进化上与我们疏远的亲戚具有多种睡眠阶段，作者们推测不同类型的睡眠可能在数亿年前就已出现。现在已知，苍蝇也可能在两种或多种睡眠状态之间切换。线虫似乎只有一种睡眠状态。
研究人员之所以考虑非人类动物在类似 REM 的睡眠中做梦的可能性，是因为在这一状态下，它们会表现出类似清醒的行为——例如头足类动物的图案闪烁或蜘蛛的纺织器抽动。在慕尼黑马克斯·普朗克生物智能研究所和哥廷根大学医学中心任职的睡眠科学家 Gianina Ungurean 和她的同事观察到，在 REM 睡眠期间，鸽子的瞳孔会收缩，就像在求偶行为期间一样。她表示，这引发了一个问题：鸽子是否在做梦，或者在某种程度上重新体验了它们在清醒时求偶的情景。
REM 睡眠还与某些动物的经历回放有关。例如，当研究人员观察了早期跑过迷宫的睡眠小鼠的大脑电活动时，他们看到了与导航相关的神经元放电，并与头部方向有关，尽管小鼠的头部并未移动。他们还看到了与眼球运动相关的神经元的活动。Ungurean 表示，这两种活动的结合表明，小鼠可能经历了一种梦境体验，即它们在扫描周围环境。
Ungurean 说，有了这些迹象，可以合理地推断动物可能在做梦。“然而，如果我们逐一分析这些原因，会发现没有一个原因是充分的。” Ungurean 说，与回放相关的大脑活动，就像跑迷宫的小鼠那样，不仅仅发生在 REM 或睡眠期间。它也可能发生在规划或白日梦期间。而 REM 睡眠与做梦的联系并非绝对：人类在非 REM 睡眠中也会做梦，并且当使用药物抑制 REM 睡眠时，人类研究参与者仍然可以做冗长而奇怪的梦。
Ungurean 表示，最终，人们知道自己在做梦，因为他们可以报告。然而，“动物无法报告，这是我们在科学上确凿地证明这一点时面临的最大问题。”
关于 REM 睡眠究竟有什么作用，仍然存在争论。圣路易斯华盛顿大学的神经科学家 Paul Shaw 说：“没有人真正知道睡眠（非 REM 或 REM）的功能是什么。” 最被广泛接受的理论之一是 REM 睡眠有助于大脑形成和重组记忆；其他理论则认为 REM 睡眠支持大脑发育，有助于发展身体的运动系统，维持清醒活动所需的神经回路以免其在睡眠中退化，或者提高大脑温度。
但 Iglesias 说，如果 REM 睡眠在动物界中如此遥远的不同物种中都存在，那么这表明它的作用，无论是什么，可能非常重要。
并非所有科学家都认为研究人员看到的是 REM。加州大学洛杉矶分校研究睡眠的神经科学家 Jerome Siegel 说，他们可能只是在满足一种先入为主的观念，即所有动物都有两种睡眠状态，并将其中一种解释为 REM。他认为，其中一些动物——例如蜘蛛——甚至可能根本没有在睡眠。“动物可能做看起来一样的事情，但生理上不一定一样，”他说。
研究人员仍在寻找线索。Rößler 的团队正在尝试开发染料，以成像蜘蛛的大脑——这可能会揭示出功能上与我们做梦时使用的区域相似的区域的激活情况。Iglesias 和其他人已将电极植入头足类动物的大脑，并在两种睡眠状态下记录了它们的电活动——一种显示出类似清醒的活动，另一种是安静状态，其神经信号与在哺乳动物中观察到的相似。Ungurean 则训练鸽子在核磁共振成像仪中睡眠，并发现许多在人类 REM 睡眠中激活的大脑区域在鸟类中也同样活跃。
旧金山州立大学哲学家、书籍《动物如何做梦：动物意识的隐藏世界》的作者 David M. Peña-Guzmán 表示，如果乌贼、蜘蛛以及各种其他生物都会做梦，那么这就引发了关于它们体验什么的有趣问题。他说，由于梦境是从观看者的角度展开的，做梦的动物应该能够从它们的视角看待世界。
他还补充说，做梦也将暗示它们具有想象能力。“我们喜欢认为只有人类才能打破现实世界的束缚，”他说。“我们可能需要更多地考虑其他动物。”
编者注：本文于 2023 年 9 月 1 日更新，以更正关于一项研究中物种的错误。研究人员研究了早期跑过迷宫的睡眠小鼠的大脑电活动，而不是大鼠。
Carolyn Wilke 是一名芝加哥的自由科学记者，报道考古学、化学和自然世界。请访问她的 @carolynmwilke。
本文最初发表于Knowable Magazine，这是来自 Annual Reviews 的一项独立新闻报道。注册新闻通讯。
编者注：本文于 2025 年 5 月 2 日更新，以更正针鼹的分类。它们是哺乳动物，但不是最初所述的有袋类动物。
