泳ぎを止めたら沈んでしまう生き物や、10日間ノンストップで海の上を飛び続ける鳥は、いったいいつ眠っているのでしょうか。答えは拍子抜けするほど大胆です——脳を左右に分けて、半分ずつ交代で眠らせているのです。
イルカは眠っているあいだも片目を開けたまま泳ぎ続けることが、脳波の記録で確かめられています。渡り鳥の一種フリゲートバードにいたっては、海上を10日間飛び続ける遠洋飛行のあいだ、平均12秒ほどの"居眠り"を重ねて1日わずか42分だけ眠っていたと報告されています。この「脳を半分だけ落とす」仕組みは半球睡眠(unihemispheric sleep=片方の大脳半球だけが眠る睡眠)と呼ばれ、しかもそのごく弱い"名残"が、人間の脳にも見つかっています。論文4本をたどりながら、その正体を見ていきましょう。
なぜ動きを止めずに眠る生き物がいるのか
多くの哺乳類にとって、眠りは「意識を手放し、周囲への反応が鈍くなる」時間です。安全な巣穴やベッドがあるからこそ許される、無防備な状態とも言えます。しかしイルカのような海の哺乳類は事情が違います。呼吸が自動的ではなく、意識的に水面へ上がって息継ぎをする必要があるため、完全に意識を失ってしまうと呼吸できず、溺れてしまう危険があります。
渡り鳥も同じ問題を抱えています。海の上には止まり木も水面での休憩もない種がいて、羽ばたきや周囲の警戒を完全に止めるわけにはいきません。「眠らなければならない」という生理的な要求と、「意識を保ち続けなければならない」という生存上の要求。この矛盾を、動物たちは脳を丸ごと落とすのではなく、半分ずつ交代で落とすという力技で両立させてきたと考えられています。
実験:イルカの脳波を記録し、渡り鳥に小さな脳波計を背負わせる
この現象を最初に脳波で裏づけたのは、旧ソ連の生理学者レフ・ムハメトフ(Lev Mukhametov)らのグループです。1970年代、自由に泳ぎ回るハンドウイルカに電極を取り付けてEEG(脳波)を記録したところ、片方の大脳半球だけが徐波睡眠(slow-wave sleep=深いノンレム睡眠に対応する、ゆっくりした大きな脳波)のパターンを示し、もう片方は起きているときと同じ脳波を示すことが繰り返し確認されました。
渡り鳥については、マックス・プランク鳥類学研究所のニールス・ラッテンボルグ(Niels Rattenborg)らのチームが2016年に『Nature Communications』誌で報告した実験が有名です。チューリッヒ大学のアレクセイ・ヴィソツキー(Alexei Vyssotski)が開発した小型のEEG記録装置を、ガラパゴス諸島に生息する渡り鳥フリゲートバード(Fregata minor)の背に取り付け、海上を最大10日間・約3,000kmにわたってノンストップで飛ぶ遠洋飛行のあいだ、脳波と頭の動きを記録しました。飛行中のデータが取れた個体は14羽、陸に戻ったあとの比較データも9羽から得ています。
結果:イルカは片目を開けたまま眠り、鳥は空の上で"居眠り"していた
イルカのEEG記録では、片方の大脳半球が徐波睡眠を示しているあいだ、反対側の目がおおむね閉じ、もう片方の目は開いたままになっていることが確かめられました。脳の左右で眠りを交代させながら、開いている目で周囲を見張り、呼吸のために水面へ上がるタイミングも逃さないというわけです。
フリゲートバードの記録はさらに驚くべきものでした。飛行中の脳波には、片方の半球だけが眠る「半球睡眠」だけでなく、両方の半球が同時に眠る「両側性の徐波睡眠」も見つかったのです。それでも墜落しなかったことから、研究チームは「飛行の安定にはユニヘミスフェリック(半球)睡眠が絶対に必要というわけではない」と結論づけています。眠りの1回あたりの長さは平均でわずか約12秒。これを積み重ねても、飛行中の総睡眠時間は1日あたり0.69時間(約42分)にとどまり、陸に戻って休んでいるときの1日あたり12.8時間と比べると、わずか7%程度しかありませんでした。
さらに興味深いのは、眠っている最中の"見張り方"です。フリゲートバードは主に上昇気流に乗って旋回しているあいだに眠り、片方の半球だけが眠っているときは、起きている側の半球につながる目を、旋回している進行方向に向けたままにしていたと報告されています。眠りながらも、行き先だけは見ているというわけです。
なぜこうなるのか
脳を半分ずつ眠らせるという仕組みは、「眠り」を私たちが思っているよりずっと融通の利くものだと教えてくれます。人間の感覚では"睡眠不足"としか思えない1日42分の睡眠でも、フリゲートバードは10日間の飛行を無事にこなしていました。眠ることそのものの絶対量よりも、どのタイミングで・脳のどの部分を休ませるかのほうが、生存にとって重要な場面があるということです。
この"眠りの融通の利きやすさ"を極端な形で示しているのが、生まれたばかりのクジラやイルカです。カリフォルニア大学ロサンゼルス校のオレグ・リャミン(Oleg Lyamin)らのチームが2005年に『Nature』誌で報告した観察によれば、シャチとハンドウイルカの新生児とその母親は、生後1か月ほどのあいだ、通常の意味での休息をほとんどとらずに泳ぎ続けていたとされています。母子は「エシュロン(雁行)隊形」と呼ばれる並び方で寄り添いながら泳ぎ続け、その後数か月かけて、少しずつ通常の休息パターンに近づいていったと報告されています。
生まれてすぐの赤ちゃんが泳ぎ続けなければならないのは、体温を保ち、母親と離れず、天敵から身を守るためだと考えられています。人間なら生後すぐの赤ちゃんが「一睡もしない」となれば一大事ですが、鯨類にとっては、それすらも許容範囲に収まってしまう——眠りという現象が、種によっていかに違う形をとりうるかがよく分かる例です。
この話、こう使える
ここまでは動物の話でしたが、実は人間の脳にも「半分だけ見張りに立つ」仕組みのごく弱い名残があることが分かっています。ブラウン大学のマサコ・タマキ(Masako Tamaki)らが2016年に『Current Biology』誌で報告した実験では、EEG・MEG(脳磁図)・MRIを組み合わせて、35名の参加者の脳活動を、1週間の間隔を空けた2回の睡眠にわたって精密に記録しました。
その結果、初めて眠る場所での"1日目の夜"だけ、左脳のデフォルトモードネットワーク(default mode network=安静時にも一定の活動を続ける脳のネットワーク)が右脳より高い活動を保っていることが分かりました。さらに、眠っている最中に音を聞かせる実験では、1日目のほうが物音への反応(指でタップする速さ)も速かったと報告されています。2日目になるとこの左右差は消え、眠りそのものも深くなりました。研究チームは、これを人間にわずかに残る「夜の見張り」システムだと解釈しています。
留学やホームステイ、英会話合宿など、慣れない場所で最初の夜を迎える機会が多い人ほど、この仕組みを知っておくと気が楽になります。初日の睡眠の質を基準にして「自分は環境が変わると眠れない」と決めつけず、2日目以降の本来のコンディションを見込んでスケジュールを組む——例えば大事なテストや面談を渡航初日ではなく2日目以降に設定する、といった工夫が現実的な対策になります。英会話の独学ロードマップでも触れているとおり、環境が変わる直後の数日は「本番」ではなく「慣らし運転」と割り切るのがおすすめです。
注意点:この研究の限界
ここまで読むと「人間もイルカと同じように脳を半分眠らせている」と思いたくなりますが、それは行き過ぎです。研究の外側まで結論を伸ばさないために、正直に限界も書いておきます。
- フリゲートバードの実験は1種・雌14羽に限られる。 すべての渡り鳥、すべての飛翔スタイルの鳥に同じことが言えるとは限りません。
- イルカの半球睡眠研究は種によって条件が異なる。 ハンドウイルカを中心に繰り返し確認されている現象ですが、鯨類の中でも種によって睡眠パターンの詳細には違いがあると報告されています。
- 新生児の鯨類の観察は限られた個体数によるもの。 Lyaminらの報告は特定の母子ペアを対象にした観察研究であり、すべての鯨類の新生児に同じ期間・同じ程度で当てはまるとは限りません。
- 第一夜効果の研究対象は35名の成人。 年齢や睡眠環境が異なる集団でも同じ結果になるかは、さらなる検証が必要です。また、眠れない状態が長引く場合は、この記事の内容を自己判断の根拠にせず、医療機関に相談することが大切です。
要するに、動物たちの半球睡眠と人間の第一夜効果は同じ現象ではなく、"見張りながら眠る"という発想を共有する親戚どうしくらいに捉えるのが正確です。
よくある質問
今日の3行まとめ
フリゲートバードは10日間の飛行中、1回平均12秒・1日わずか42分の"居眠り"で足りていた(Rattenborg et al., 2016)。
人間にもその弱い名残があり、新しい場所での第一夜は左脳が"見張り"寄りになる(Tamaki et al., 2016)。初日に眠れなくても、それは脳が正常に働いている証拠かもしれない。
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- Mukhametov, L. M., Supin, A. Y., & Polyakova, I. G. (1977). Interhemispheric asymmetry of the electroencephalographic sleep patterns in dolphins. Brain Research, 134(3), 581–584.
- Rattenborg, N. C., Voirin, B., Cruz, S. M., Tisdale, R., Dell'Omo, G., Lipp, H.-P., Wikelski, M., & Vyssotski, A. L. (2016). Evidence that birds sleep in mid-flight. Nature Communications, 7, 12468. 論文を見る
- Lyamin, O. I., Pryaslova, J., Lance, V., & Siegel, J. M. (2005). Continuous activity in cetaceans after birth. Nature, 435, 1177. 論文を見る
- Tamaki, M., Bang, J. W., Watanabe, T., & Sasaki, Y. (2016). Night Watch in One Brain Hemisphere during Sleep Associated with the First-Night Effect in Humans. Current Biology, 26(9), 1190–1194. 論文を見る