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为探究哈欠传染（yawn contagion）现象在变温动物中的存在情况及进化起源，研究人员以斑马鱼（Danio rerio）为对象开展研究。结果发现斑马鱼不仅会打哈欠，还存在哈欠传染现象。这一成果挑战了传统认知，为探索该现象的神经生物学机制和进化意义开辟了新途径。
在神秘的动物世界里，打哈欠是一种十分常见的行为，从人类到各种脊椎动物都有这样的举动。一直以来，人们都好奇打哈欠背后的奥秘，尤其是哈欠传染现象。在恒温动物中，哈欠传染经常被观察到，比如在狮子群体里，一只狮子打哈欠，其他狮子也会跟着打，这有助于群体行为的同步，对维持群体凝聚力和协作十分重要。然而，在变温动物身上，哈欠传染是否存在一直没有定论。之前有研究对红脚陆龟进行过观察，却并未发现这种现象。那么，变温动物到底会不会出现哈欠传染呢？这个问题就像一团迷雾，吸引着众多科研人员去探索。
为了解开这团迷雾，来自意大利比萨大学（University of Pisa）、圣安娜高等学校（Sant’Anna School of Advanced Studies）等机构的研究人员展开了深入研究。他们把目光投向了斑马鱼（Danio rerio），这种淡水鱼不仅是行为神经科学研究的重要模型，还和人类共享超过 70% 的基因，并且具有社会习性，能够向群体成员传递情感，非常适合用来研究哈欠传染现象。最终，研究人员发现斑马鱼不仅会打哈欠，还存在哈欠传染现象。这一发现意义重大，它挑战了以往认为哈欠传染只存在于哺乳动物和鸟类中的观点，为深入探索哈欠传染现象的神经生物学机制和进化意义开辟了新的道路。该研究成果发表在了《Communications Biology》杂志上。
在这项研究中，研究人员主要运用了深度学习和实验行为学两种关键技术方法。研究人员首先通过深度学习方法，利用卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）对斑马鱼的打哈欠和呼吸行为进行分类。为获取实验数据，他们对 18 条斑马鱼进行了视频录制，记录了打哈欠和呼吸事件，从视频中提取关键帧来微调 CNN 模型（YOLOv8n），以此来准确区分不同行为。在实验行为学方面，研究人员创建了包含打哈欠事件（Yawningvideo）和呼吸事件（Breathingvideo）的视频刺激，对 22 条斑马鱼进行测试，分析不同刺激下斑马鱼的反应，探究哈欠传染现象及相关行为变化。
研究结果如下：
- 深度学习分类打哈欠和呼吸事件：研究人员将斑马鱼的打哈欠行为细分为三个阶段，通过逐帧分析视频，测量每个阶段的时长，发现打哈欠的第三阶段（快速闭嘴）时长（0.143 s ± 0.099）明显短于第一阶段（缓慢张嘴）时长（0.339 s ± 0.148）。他们收集了 18 条斑马鱼的 136 个打哈欠和 136 个呼吸事件，利用这些数据微调 CNN 模型。该模型在验证集上准确率达到 89%，对张嘴（mouth closing，MC）类别的精度、召回率和 F1 分数均为 100%，呼吸类别的精度为 83%、召回率为 85%、F1 分数为 84%，打哈欠类别的精度为 84%、召回率为 82%、F1 分数为 84%；在测试集上整体准确率为 88%。这表明 CNN 模型能够高精度地区分斑马鱼的打哈欠和呼吸行为。
- 打哈欠和呼吸在持续时间和运动动作上存在差异：通过线性混合模型（Linear Mixed Model，LMM）比较打哈欠和呼吸事件的持续时间，发现打哈欠事件（00:00.92 s ±00:00.42 SE）持续时间显著长于呼吸事件（00:00.16 s ±00:00.02 SE）。此外，在 136 次打哈欠中，有 75 次（55.15%）不仅涉及嘴部运动，还伴随着鳍伸展和尾巴下垂等附属肢体运动，且这些肢体运动都发生在打哈欠的整个持续时间内，而呼吸事件中从未记录到此类现象。
- 有伸展动作的打哈欠持续时间更长：同样运用 LMM，研究人员比较有伸展阶段和无伸展阶段的打哈欠持续时间，发现有伸展阶段的打哈欠事件持续时间比无伸展阶段的更长。
- 哈欠传染现象：研究人员利用 CNN 分类的打哈欠和呼吸事件制作视频刺激，对斑马鱼进行测试。通过广义线性混合模型（Generalized Linear Mixed Model，GLMM）分析发现，斑马鱼在观看包含打哈欠事件的视频（Yawningvideo）时打哈欠的概率显著高于观看包含呼吸事件的视频（Breathingvideo），这表明斑马鱼存在哈欠传染现象。
- 哈欠反应潜伏期：研究人员定义潜伏期为从第一个刺激哈欠结束到反应哈欠开始的时间间隔。通过 GLMM 分析，发现斑马鱼在 Yawningvideo 刺激下，第一个哈欠反应的潜伏期比在 Breathingvideo 刺激下更短；对所有哈欠反应的分析也得到了相同结论，即 Yawningvideo 刺激下哈欠反应的潜伏期更短。
- 行为状态变化：研究人员将打哈欠后两秒内方向改变或活动状态改变视为行为状态变化。通过二项式 GLMM 分析发现，伴有伸展动作的打哈欠更有可能引发行为状态变化。
研究结论和讨论部分指出，CNN 模型准确识别出斑马鱼打哈欠和呼吸行为的差异，且打哈欠在运动执行持续时间和动作模式上与其他脊椎动物相似。斑马鱼打哈欠时的鳍伸展和尾巴下垂现象与哺乳动物和鸟类的伸懒腰打哈欠综合征类似，可能具有重新激活神经系统的功能。斑马鱼存在哈欠传染现象，这一现象从进化角度来看，可能起源于现代硬骨鱼出现时期（200 - 250 百万年前），之后在某些类群中消失；也可能是趋同进化的结果，为满足社会群体中运动动作同步的需求而独立出现。从斑马鱼的社会认知能力和进化优势来看，哈欠传染可能有助于其群体行为同步，对形成和维持鱼群有潜在意义。这项研究突破了以往对哈欠传染现象的认知局限，为后续从进化和神经生物学角度深入研究该现象提供了重要的基础，也让我们对动物行为的奥秘有了更深入的认识。
