認識睡眠 大腦“防御術(shù)”

早在電燈出現(xiàn)的那一刻起，人類睡眠便發(fā)生了重大變化，在有些人看來，睡眠甚至成為一種“浪費”。

顯然，人類在認識睡眠的路上，依然走得不夠遙遠。

一天平均8小時，人類幾乎都在做著一件相同的事，那就是睡覺。一個人一生大概需要花費三分之一的時間，躺在床上，一切感覺性的和運動性的活動統(tǒng)統(tǒng)停止。

這是一種浪費嗎？事實上，睡眠狀態(tài)下不意味著人類什么都不做，而是聽從于大腦的指揮，在執(zhí)行著一項神秘的任務。

睡眠本質(zhì)是一種大腦功能

睡眠被視為包括人類在內(nèi)的所有動物的本能，可是，我們究竟為什么需要睡覺？

“我們很早就發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象，人類自古都是日出而作、日落而息，因此，睡眠和覺醒最初就被認為是適應大自然白晝和黑夜交替變化的結(jié)果?！睂＜冶硎尽?/p>

不過，上個世紀60年代，德國生理學家曾經(jīng)做過實驗，實驗者被送到一個地下室，陽光被阻隔了，照明可以人為控制，實驗者感受不到晝夜交替的現(xiàn)象，結(jié)果表明，他們還是按照大約24小時的周期有規(guī)律地起床、睡覺。

更有意思的是，此后，科學家在此基礎(chǔ)之上還發(fā)現(xiàn)，在沒有時間提示的情況下，實驗者在一段時間過后，睡覺的時間每天都會推遲一些，直到出現(xiàn)晝夜逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，只是生活的周期并沒有顯著變化。

這時，睡覺和覺醒變成了一種內(nèi)在的規(guī)律。而它之所以和自然界的晝夜節(jié)律相符，專家解釋，這是因為有生物鐘的調(diào)節(jié)。

生物鐘的出現(xiàn)是動物與環(huán)境交互的結(jié)果，它通過接收外界節(jié)律性信號，從而調(diào)節(jié)“內(nèi)環(huán)境”，使之與環(huán)境協(xié)調(diào)一致。而生物鐘最重要的職能，就是控制活動和休息的晝夜節(jié)律?？蛇@樣的生物鐘到底存在于哪里？

目前，我們已知的是，以人類為代表的脊椎動物并不只有一個生物鐘，在大腦內(nèi)的交叉上核和松果體等部位至少有三個。因此，生物鐘不是通過后天學習得來的技能，而是與生俱來的。

不過，這不意味著生物鐘是一成不變的，從電燈出現(xiàn)的那一刻起，人類的睡眠就發(fā)生了重大變化。

弗吉尼亞理工大學歷史學教授羅杰·艾克奇發(fā)現(xiàn)，在人類進入電燈照明的時代之前，我們的祖先每晚睡眠都分成兩個明顯的階段。所謂的第一段睡眠在太陽落山以后不久就開始，一直持續(xù)到午夜過后一點點，此后人會清醒一個小時左右，用來做禱告、看書、思索夢境等等，然后回去開始第二階段的睡眠。目前，還沒有用上人造光源的文明仍然保持著這樣的睡眠方式。

但是，到了上個世紀20年代的時候，這種形式的睡眠已經(jīng)徹底從人們的日常生活中消失了。人工光源的出現(xiàn)，讓夜晚的工作或者娛樂活動大量剝奪了原本睡眠的時間，人們的生物鐘也被迫做出了各種改變。

無論是為了適應自然界晝夜交替或是生物鐘調(diào)節(jié)的結(jié)果，都只能解釋睡眠所呈現(xiàn)的規(guī)律，而依然不能完全回答睡眠為何存在的疑問。

19世紀，法國著名法學家列爾貝德在兩歲的時候，由于一次意外事故腦部受傷，便失去了困意，直到73歲去世，其間71年中，沒有睡過一次覺，堪稱奇跡。然而，這個謎團始終也沒有被揭開。

不過，通過這個故事，人們也就不難發(fā)現(xiàn)，睡眠產(chǎn)生的本質(zhì)原因是跟大腦密切相關(guān)的。

東北師范大學生命科學學院教授孫暉在《睡眠》一書中指出，睡眠其實是為了滿足大腦的需求，是腦部進行生理活動非常重要的時間段，因此，睡眠可以說是大腦的一種功能。

每個人幾乎都有這樣的體驗，由于睡眠不足，導致頭昏腦漲、注意力不集中，甚至是免疫力下降等等。這些活動主要是依靠大腦機能，睡眠不足直接影響的是大腦機能的下降。

因此，睡眠是伴隨著大腦的進化而出現(xiàn)的，它使發(fā)達的大腦能夠得到充分的休息，繼而更好地工作。在她看來，人們甚至可以將其理解為是一種維持生命所不可缺少的防御技術(shù)。

不過，大腦進入休息的狀態(tài)，不意味著它完全不在工作。腦電圖的出現(xiàn)，終于讓人們看清楚了自己在睡眠狀態(tài)下的客觀世界。

研究發(fā)現(xiàn)，人在一夜的睡眠中常會出現(xiàn)5～6陣眼球快速運動現(xiàn)象，眼球快速運動的頻率為每分鐘60～70次。“眼快動”時腦電波呈低幅快波，這是一種與清醒相似的腦電波，其間，大腦還會進行無意識的神經(jīng)活動，于是便產(chǎn)生了夢。這樣的睡眠被稱為“快波睡眠”“異相睡眠”。

與之相反的，能使身體和大部分腦細胞都進入休眠狀態(tài)的，則是鳥類及哺乳動物等大腦發(fā)達的恒溫動物所特有的睡眠方式，也被稱為“慢波睡眠”或者“正相睡眠”。相較于前者，它是一種深睡眠。

對成年人來說，入睡之后的前三小時，是無夢的慢波睡眠出現(xiàn)的時候，睡得正香。此后，快波睡眠大約每90分鐘交替出現(xiàn)一次，且其所占的比例逐漸增加，首次出現(xiàn)時通常只持續(xù)約10分鐘，而在臨近早晨的時候可以持續(xù)30分鐘。一個晚上，快波睡眠和慢波睡眠會交替出現(xiàn)4～5次。

專家表示，一個可以被稱之為好的睡眠，慢波睡眠也就是深睡眠需要保證在30%，有夢的睡眠在25%左右。

剩下的近一半的快波睡眠作用也不容小覷。人們在白天接收到的信息，需要通過睡覺來強化，快波睡眠正好提供了這樣的機會。

因為快波睡眠時期，大腦皮層處于近乎清醒的狀態(tài)，而且此時幾乎不可能有新的信息傳入大腦，因此，這種環(huán)境有利于大腦進行記憶整理和固定等信息再處理。

人類可以告別睡眠嗎

對人類而言， 睡眠一直是一個未解之謎，而睡眠極限研究也一直是科學家們所熱衷的課題。那么，在未來，是否有一種藥物可以克服睡眠的習慣？專家給出的答案是完全否定的。

人們可以借助安非他命或者咖啡因等化學物質(zhì)來保持清醒，但是事實證明，人類目前還沒有發(fā)現(xiàn)任何一種可以完全取代睡眠的藥物。這是因為藥物只能讓人在一段時間內(nèi)失去困意，但是它無法代替睡眠的功能。如果大腦始終在運轉(zhuǎn)而得不到必要的休息，伴隨而來的就是生理機能下降，嚴重時出現(xiàn)精神錯亂，甚至是昏迷。在自然界出現(xiàn)巨變，從而使動物進行重新進化之前，睡眠不可能消失。

當然，就睡眠本身而言是存在個體差異的，睡眠時間也不例外，每個人的必要睡眠時間并不都是7～8小時。

不過，對睡眠的需求與體力的好壞并沒有很直接的關(guān)系，個體需要什么樣的睡眠，說到底是由個體基因決定的。

有意思的是，美國的一位學者哈魯特曼還曾試圖找出睡眠時間與性格之間的關(guān)系。他曾登報征求每天睡9小時以上或者5小時以下的人，結(jié)果顯示，睡眠時間長的人，淺睡眠所占的比例較大;相反，睡得少的人深睡眠時間較長。另外，他還發(fā)現(xiàn)，睡得少的人相對不會自尋煩惱，睡得多的人則相對會杞人憂天。

此后，學界有大量研究得出類似的結(jié)論：睡眠時間短的人，大多是樂天派，他們工作積極，學習努力，事業(yè)上富有雄心壯志，對未來充滿信心，屬于“外向型”;反之，睡眠時間長的人，在工作上小心謹慎，喜歡窮思苦想，甚至有些吹毛求疵，喜歡發(fā)牢騷，容易沮喪，不過他們往往也愛學習，富有藝術(shù)創(chuàng)造性，屬于“內(nèi)向型”。

睡得越好，記住的越多

睡眠質(zhì)量——特別是深度睡眠，又稱非快速動眼睡眠，這是我們夜間第一階段的睡眠——會隨著我們的年齡增長而自然衰退，并且與我們的記憶力衰退有關(guān)。

如果你對一位阿爾茨海默病患者進行評估，會發(fā)現(xiàn)其深度睡眠的中斷更為夸張?；蛟S更有說服力的是，睡眠障礙早在阿爾茨海默病發(fā)病數(shù)年前就已經(jīng)持續(xù)數(shù)年，表明這可能是該疾病的早期預警信號之一，甚至是致病因素之一。

英國神經(jīng)學家馬修·沃克（Matthew Walker）和加州大學伯克利分校的阿爾茨海默病研究權(quán)威威廉·賈古斯特（William Jagust）合作發(fā)現(xiàn)，大腦額葉中部區(qū)域積累的淀粉樣蛋白越多，深度睡眠的質(zhì)量就越差。目前他們分析的問題是，這一睡眠過程中腦電波活動的顯著減少能否作為一個早期識別標志，揭示出哪些人患上阿爾茨海默病的風險最大。

你是否想過自己的記憶是如何運作的？例如，你怎么可能日復一日地學習新事物，并且在幾周、幾個月或幾年后仍然記得？這也正是馬修·沃克及其團隊在幾年前的研究中所回答的問題。

他們發(fā)現(xiàn)，睡眠在學習過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，包括學習前（使大腦做好產(chǎn)生新記憶的準備）和學習后（鞏固這些記憶并防止遺忘）。

一開始，研究人員希望了解在清醒時不斷獲取信息的大腦如何將信息保存下來。眾所周知，在記憶別人的名字或新的電話號碼時，你大腦中的海馬體（成對出現(xiàn)在左右腦半球深處的長條形手指狀結(jié)構(gòu)）提供了臨時存儲記憶的場所，使新的記憶得以積累。

遺憾的是，海馬體的存儲容量很有限。那么，大腦如何利用這有限的存儲容量，以及睡眠是否在這一過程中發(fā)揮作用？

為了找到答案，馬修·沃克的團隊將實驗參與者分成兩組，每組都給予了一個很嚴格的學習任務：記住100個面孔及其對應的名字。兩組參與者的結(jié)果不相上下。之后，其中一組可以小憩90分鐘，另一組則保持清醒，玩棋盤游戲或瀏覽網(wǎng)頁。然后，研究人員又要求他們記憶另外100個面孔及其對應的名字。

休息了90分鐘的小組獲得了明顯更好的結(jié)果，并且比之前的成績有所提高，而保持清醒的小組則表現(xiàn)得比之前糟糕得多。這次實驗在下午6點時結(jié)束，兩個小組之間的差異十分明顯：睡了一覺的小組在學習上有20%的優(yōu)勢。接下來，研究人員希望了解睡眠如何帶來這些優(yōu)勢。

分析小睡組成員的腦電波為研究人員提供了答案。記憶更新過程發(fā)生在程度較輕的非快速動眼睡眠第二階段，此時會出現(xiàn)短暫且強有力的腦電波活動，稱為睡眠紡錘波。小睡期間的睡眠紡錘波越多，學習中保存的東西就越多。

在分析睡眠紡錘波活動的時候，研究人員觀察到一串非常醒目的電流脈沖在整個大腦中搏動，每100到200毫秒重復一次。這些脈沖編織出一條在海馬體（具有短期、有限的存儲空間）和大腦皮層（更大、更長久的存儲區(qū)域）來回往復的路徑。

在那一刻，我們發(fā)現(xiàn)了在安靜睡眠中發(fā)生的一場隱秘的電子交換。也就是說，將基于事實的記憶從短期儲藏庫（海馬體）轉(zhuǎn)移到長期保險庫（大腦皮層）。睡眠將海馬體清空，使這個短期信息儲藏庫又有了許多新的空間，使再次學習新事物成為可能。

馬修·沃克的研究團隊及其他研究小組在完整的夜間睡眠中重復了這一實驗，并獲得了同樣的結(jié)果：一個人夜間的睡眠紡錘波越多，第二天早上學習能力就恢復得越好。

睡眠對記憶的另一個好處是能有效地保存新產(chǎn)生的記憶“文件”。過去100年來，無數(shù)的實驗都顯示，與相同時間保持清醒相比，睡眠提供了20%到40%的記憶保留效益。這并不是一個很小的數(shù)目，特別是在你復習考試的時候;或者在演化背景下，需要能記住食物、水和捕食者的位置。

我們的大部分深度非快速動眼睡眠發(fā)生在夜晚早些時候。相比之下，大部分快速動眼睡眠（rapid eye movement，簡稱為REM）和較淺的非快速動眼睡眠出現(xiàn)夜間晚些時候。睡眠的不同類型在20世紀50年代被發(fā)現(xiàn)，在參與者只被允許在前半夜或后半夜睡覺的實驗中，結(jié)果清晰地顯示：對于基于事實的記憶，具有更多深度非快速動眼睡眠的前半夜睡眠能提供更好的記憶保持能力。

21世紀初的研究獲得了類似的結(jié)論。利用核磁共振成像（MRI）掃描，我們對實驗參與者的大腦活動進行了深入觀察，了解記憶在睡眠前被檢索的位置，并與睡眠后記憶被檢索的位置進行比較。在兩個不同的時間，這些信息“數(shù)據(jù)包”在截然不同的大腦位置被回憶起來。

在睡覺之前，參與者從短期信息儲存庫（海馬體）中獲取回憶，但一切在第二天早上變得很不一樣，記憶已經(jīng)轉(zhuǎn)移了。

經(jīng)過整晚的睡眠，參與者改為從新皮質(zhì)——位于大腦頂部，作為長期保存基于事實記憶的場所——獲取同樣的信息。記憶在那里可以安全地保存，甚至是永久保存。

研究人員已經(jīng)觀察到，每個夜晚我們睡覺時都會發(fā)生一場交換。深度非快速動眼睡眠的緩慢腦電波就如同某種快遞服務，能將數(shù)據(jù)包從臨時儲存?zhèn)}庫（海馬體）轉(zhuǎn)移到更加安全、長久的家庭（大腦皮質(zhì)）中。

這里需要指出的重要一點是，這一過程只有在你學到新東西的當天晚上睡個好覺的時候才有效。如果你錯過了那次睡眠，即使接下來幾個晚上都在補覺，記憶也不會以同樣的方式保存下來。就記憶而言，睡眠不像銀行：當債務不斷累積時，你不能過后再來償還。

近期的研究顯示，睡眠還能幫助你重新獲得在入睡前無法想起來的記憶。就像電腦硬盤驅(qū)動器中某些文件已經(jīng)損壞且無法讀取一樣，睡眠提供了夜間修復服務，使你在第二天早上醒來時，能夠定位并讀取這些此前無法獲取的記憶文件，輕松又準確。

這就是“啊沒錯，現(xiàn)在我記得了！”的感覺，你可能在睡了一晚好覺之后有過這種體驗。

以上描述的所有研究都是基于一種記憶類型——事實記憶，這種記憶與教科書或記住某人的名字有關(guān)。然而，還存在其他許多記憶類型，比如技能記憶。以騎自行車為例，閱讀怎么騎自行車的文字完全沒有意義;你只能通過真正去騎車才能學習這一技能，也就是說必須經(jīng)過練習。

所有涉及運動的技能都是如此，無論你是學習樂器、從事體育運動、進行外科手術(shù)或?qū)W習駕駛飛機。所謂“肌肉記憶”其實是用詞不當。肌肉本身并沒有記憶：沒有與大腦連接的肌肉無法做出任何有技巧的動作，肌肉也無法保存熟練的常規(guī)活動。

事實上，肌肉記憶仍然是大腦記憶。訓練和強化肌肉能幫助你更好地實現(xiàn)記憶的日?；５侨粘１旧硎且环N記憶程序，牢牢地存在于大腦中。

馬修·沃克的研究揭示出，熟并不能生巧;練習加上一晚的好睡眠，才能讓技藝變得越來越完美。在將近十年的研究之后，馬修·沃克終于識別出了與運動技能改善密切相關(guān)的睡眠類型。

程度較輕的非快速動眼睡眠通常出現(xiàn)在夜間8小時睡眠的最后兩個小時（如果你晚上11點睡覺，那就是早上5點到7點這段時間），而這一階段對于改善運動技能十分重要。許多人經(jīng)常會為了白天的工作而放棄這最后兩個小時，因此也錯失了這段睡眠帶來的好處。