การนอนหลับเป็นกระบวนการที่สำคัญขาดไม่ได้ของสิ่งมีชีวิตส่วนมาก พบในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมทุกชนิด รวมทั้งพวกนกและสัตว์เลื้อยคลานต่างต้องหลับกันทั้งนั้นแม้ว่าการนอนหลับทำให้ช่วงเวลาของชีวิตหายไป ไม่สามารถหาอาหาร ดูแลความปลอดภัยป้องกันตนจากสัตว์อื่นที่คอยล่าจับกินเหยื่อ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเล (ปลาวาฬ, ปลาโลมา,แมวน้ำ) และนกบางชนิดแม้สมองไม่หยุดทำงานทั้งหมดแต่จะเกิดการหลับของสมองทีละซีก ถ้าหนูแรท อดนอนเรื้อรังจะตายประมาณ 17 วัน (เวลาพอๆกับการอดอาหาร)

โดยการนิยามการนอนหลับ เป็นช่วงเวลาที่กิจกรรมภายในต่างๆปิดพัก(quiescence)เป็นเวลานาน มีการตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอกลดลง แต่สามารถทำให้กลับมาสู่ภาวะปกติได้รวดเร็ว (ตรงนี้ต่างจากภาวะสัตว์จำศีล(hibernation) หรือภาวะโคม่า) และมีการควบคุมสมดุลด้วย (คือจะทำให้เกิดอาการง่วงและต้องการการนอนหลับมากขึ้นเมื่อร่างกายอดนอน) การนอนหลับมีการควบคุมกลไกเองอย่างอิสระและซับซ้อนมาก นอกจากนี้จะเกิดขึ้นตามจังหวะนาฬิกาของร่างกาย

เพราะว่า การนอนยังเป็นสิ่งที่ยังไม่รู้ทั้งหมดคือยังต้องการการศึกษาอีกมาก การวิจัยก็ศึกษาหาแบบจำลองเพื่อนำมาใช้

จากการเฝ้าสังเกตและเก็บข้อมูลแมลงหวี่ พบว่าอาจนำมาใช้เป็นแบบจำลองการนอนในคนได้ เพราะมีความคล้ายกับพฤติกรรมการนอนในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมดังนี้

1. ทั้งจากการเฝ้าดูด้วยตา และโดยใช้แสงอินฟราเรด และอัลตราซาวด์ พบว่ามีช่วงตื่น (ช.ม. ที่ 0-12 เปิดไฟ) และช่วงพัก (ช.ม.ที่ 12-24 ปิดไฟ) ช่วงพักจะพักโดยไม่มีกิจกรรมใดๆ (quiescence) ตั้งแต่ 5 นาทีขึ้นไป ไม่ตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอกในขนาดต่ำๆ แต่สามารถปลุกโดยใช้สิ่งเร้าขนาดสูงๆได้
2. เมื่อรบกวนการพักในช่วงกลางคืน โดยเคาะเบาๆที่กล่องที่ใส่แมลงหวี่ พบว่าในวันต่อมาแมลงหวี่จะต้องพักผ่อนมากขึ้นชดเชยคืนที่ผ่านมา
3. แมลงหวี่อายุน้อยจะนอนมากกว่า แมลงหวี่ที่อายุมากกว่าจะนอนน้อยลงและนอนเป็นช่วงสั้นๆ
4. คาเฟอีนทำให้ตื่น และยาแก้แพ้ทำให้แมลงหวี่พักมากขึ้น
5. เมื่อศึกษาระดับของการแสดงออกของยีนจากการตรวจวัดปริมาณอาร์เอ็นเอ ในหัวของแมลงหวี่เปรียบเทียบระหว่างพัก ตื่น และแมลงหวี่ที่ถูกกระตุ้นไม่ให้พัก พบว่ายีนที่มีการทำงาน (แสดงออก) สอดคล้องกับยีนที่แสดงออกในผลการทดลองลักษณะเดียวในสมองหนูแรท (ยีนดังกล่าวคือ BiPหรือ Hsc70-3, cytochrome oxidase C, Arylalkylamine N-acetyltransferase (Dat) ของแมลงหวี่เทียบกับ Arylsulfotransferase (AST) ของหนูแรท, FA synthase, และ CytochromeP40)

ทั้งนี้ยีนที่สร้างเอ็นไซม์ที่สลาย monoamines (serotonin, dopamine และoctopamine) จะสร้างมากในตอนที่ตื่นและระหว่างที่ถูกกระตุ้นไม่ให้พัก ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสาร monoamines เหล่านี้จะมีมากระหว่างตื่นและจะลดลงอย่างรวดเร็วระหว่างการหลับในขั้นที่เรียกว่า NREM (non-rapid eye movement) และแทบไม่พบสารเหล่านี้เลยระหว่างการนอนในขั้น REM (rapid eye movement)

การทดลองทำยีน Dat ให้กลายพันธุ์ในแมลงหวี่ พบว่ามีผลทำให้แมลงหวี่มีระยะพักนานขึ้นเพื่อชดเชย

การศึกษาวิจัยทั้งหมดนี้จึงแสดงความเป็นไปได้ที่จะใช้แมลงหวี่เป็นแบบจำลองในการศึกษาการนอนหลับในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม 

ผลการศึกษาล่าสุดของทีมวิจัยนี้ที่ทำในแมลงหวี่ ก็พบว่าระดับของโปรตีนที่เป็นองค์ประกอบสำคัญในบริเวณไซแนพส์ (รอยต่อระหว่างเซลล์ประสาท) จะเพิ่มขึ้นในขณะตื่นและต่ำในระหว่างหลับ โดยสอดคล้องกับพฤติกรรมมากกว่าช่วงเวลาของวัน และพบลักษณะนี้ในบริเวณสำคัญๆทั้งหมดของสมองแมลงหวี่ โปรตีนที่รอยต่อของเซลล์ประสาทนี้จะลดลงไปเรื่อยๆเมื่อเวลาการนอนผ่านไป และปริมาณจะลดได้ต้องมีการนอนเท่านั้น ดังนั้นการนอนอาจเกี่ยวข้องกับการรักษาสมดุลของสารที่รอยต่อเซลล์ประสาท (synaps) นี้ซึ่งสารนี้ทำให้สูงขึ้นเมื่อตื่น (ข้อมูลเพิ่มเติม Science 2009, 324(923):109-12)

ข้อมูลเพิ่มเติม

แมลงหวี่กำลังผสมพันธุ์ (Image source: Thanks to"Image Editor" at http://www.flickr.com/photos/11304375@N07/2992496261/)

 สมองแมลงหวี่

จากโรงเรียนแพทย์เบย์เลอร์ สหรัฐอเมริกา (Baylor College of Medicine) http://www.bcm.edu/labs/davis/researchprojects.htm (Ron Davis Laboratory)