我們?yōu)槭裁匆X

袁越

地球上絕大部分陸生動物都要睡覺，人類自然也不例外。但動物們?yōu)槭裁捶堑盟X呢？睡眠的功能到底是什么？這兩個(gè)問題看似簡單，但科學(xué)家們至今仍然沒有找到答案。

從進(jìn)化的角度來看，睡眠似乎對動物的生存很不利。你想啊，動物睡覺時(shí)對外界刺激的反應(yīng)極為遲鈍，很容易被天敵抓住。如果有動物進(jìn)化出不睡覺的能力，豈不是會比那些需要睡眠的動物更有生存優(yōu)勢？可惜這樣的案例極為罕見，迄今為止尚未在陸生動物中發(fā)現(xiàn)過。

曾經(jīng)有人相信動物的睡眠需求是由陽光周期決定的，但后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，即使生活在暗無天日的洞穴中的動物也需要睡覺，這說明睡眠需求和光照周期無關(guān)。還有人相信睡眠有助于動物在不活動的時(shí)候節(jié)約能量，但無數(shù)研究表明，動物的大腦在睡眠時(shí)所需能量和清醒時(shí)差不多。這條理由似乎也不成立。

不管真正的原因到底是什么，我們每個(gè)人都知道硬挺著不睡覺的感覺是很糟糕的，這招甚至可以用來作為刑訊逼供的手段。20世紀(jì)60年代，美國加州圣地亞哥市的一位名叫蘭迪·加德納（Randy Gardner）的高中生決定挑戰(zhàn)一下人生，看看自己究竟能堅(jiān)持多久不睡覺。最終他在幾位科學(xué)家的輪番監(jiān)督下保持清醒長達(dá)11天零25分鐘，創(chuàng)下了人類不睡覺時(shí)間最長的世界紀(jì)錄。據(jù)說最后那幾天他出現(xiàn)了嚴(yán)重的精神問題，具體表現(xiàn)為認(rèn)知障礙、情緒失控和短期記憶力喪失等等，甚至還出現(xiàn)了幻覺，就像吸毒一樣。但是，結(jié)束試驗(yàn)之后他休息了兩天就完全恢復(fù)了，此后似乎也沒有留下什么后遺癥。這說明不睡覺造成的損傷似乎并不是永久性的，很容易恢復(fù)。

按照這個(gè)思路，有人提出了一個(gè)假說，認(rèn)為睡眠的主要作用就是清除腦神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的代謝廢物。廢物堆積過多當(dāng)然不好，但如果堆積時(shí)間不長的話，只要通過補(bǔ)覺來清理一下，就能完全恢復(fù)原狀。所以一個(gè)人偶爾熬個(gè)夜不是什么大問題，只有長時(shí)間睡眠不足才會對身體有害。

那么，大腦產(chǎn)生的代謝廢物主要靠什么來清理呢？答案是腦脊液（Cerebrospinal Fluid）。這是一種像水一樣清亮的液體，可以在腦組織和脊髓之間自由流動，其功能有點(diǎn)像清潔液，可以通過反復(fù)的沖洗將神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的廢物清理出去。

2013年有人做了個(gè)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小鼠的腦神經(jīng)細(xì)胞在睡眠時(shí)體積會縮小，空出來的地方會被腦脊液迅速填補(bǔ)，科學(xué)家們據(jù)此猜測小鼠就是通過這種辦法沖洗腦組織的。但這個(gè)過程只能發(fā)生在睡眠期間，也許這就是睡眠真正的意義所在。

但是，人類的腦細(xì)胞在睡眠時(shí)體積不會縮小，腦脊液是如何沖進(jìn)大腦開始“干活”的呢？美國波士頓大學(xué)的勞拉·路易斯（Laura Lewis）博士懷疑，人類腦脊液的流動與睡眠時(shí)的腦電波有關(guān)，雙方很可能是同步的。眾所周知，人類的睡眠分為快速眼動睡眠（REM）和非快速眼動睡眠（NREM）這兩個(gè)階段，前者的標(biāo)志就是眼球快速轉(zhuǎn)動，通常伴隨著夢境的出現(xiàn)。后者則可以簡單地理解為深度睡眠，此時(shí)腦神經(jīng)元的放電模式趨向一致，要么大家一起放電，要么集體同時(shí)休眠。此時(shí)的腦電波頻率會變慢，因此也被科學(xué)家們稱為“慢波睡眠”（S low Wave Sleep）。

為了研究腦脊液和腦電波之間的關(guān)系，路易斯博士設(shè)計(jì)了一個(gè)非侵入式的腦神經(jīng)實(shí)驗(yàn)。研究人員招募了13名志愿者，讓他們頭戴腦電波測量帽（EEG Cap）躺在核磁共振儀（MRI）里睡覺，前者可以測出志愿者的睡眠到底處于哪個(gè)階段，后者可以測出志愿者腦部的血氧消耗情況，以及腦脊液的流動過程。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果清楚地表明，人類腦脊液的流動和睡眠狀態(tài)密切相關(guān)。每當(dāng)志愿者進(jìn)入深度睡眠時(shí)，腦脊液就會大量涌入腦組織，開始打掃衛(wèi)生。

為什么只有在深度睡眠時(shí)腦脊液才會流進(jìn)腦組織中去呢？路易斯博士認(rèn)為這是有道理的。原來，腦神經(jīng)在工作時(shí)需要消耗大量氧氣，這些氧氣是被血液帶進(jìn)來的，人在清醒時(shí)（以及在REM睡眠時(shí)）腦神經(jīng)一直在持續(xù)放電，耗氧量居高不下，所以血液必須保持高速流動，并充滿整個(gè)腦組織，只有這樣才能保證腦神經(jīng)的氧氣供應(yīng)。但在深度睡眠階段，當(dāng)腦神經(jīng)集體休眠時(shí)，耗氧量快速下降，不需要那么多血液了，此時(shí)腦部的血液流速便會降低25%左右，空出的部分則由腦脊液來填補(bǔ)，于是科學(xué)家們觀察到志愿者的血液和腦脊液交替進(jìn)入大腦，每20秒鐘輪換一次。

換句話說，人類大腦在深度睡眠時(shí)放慢了腦神經(jīng)放電的頻率，從而減少了對血液的依賴，腦脊液便可趁機(jī)進(jìn)入大腦，開始清理工作，睡眠就是通過這種方式為大腦打掃衛(wèi)生的。

那么，大腦究竟有哪些廢物需要每天清理呢？答案很可能包括β-淀粉樣蛋白（β-Amyloid）。熟悉阿爾茲海默病的人都知道，這種蛋白一直是該病最重要的病理指標(biāo)，甚至一度被認(rèn)為是該病唯一的病因。但是，此前專門針對這種蛋白的新藥研發(fā)全軍覆沒，說明此病很可能另有原因，比如還有其他代謝廢物與此病有關(guān)，這就是為什么光減少β-淀粉樣蛋白沒有用，必須將所有與阿爾茲海默病有關(guān)的代謝廢物全部清理出去。

路易斯博士的這項(xiàng)研究正是與此有關(guān)的。她將研究結(jié)果寫成論文，發(fā)表在2019年11月1日出版的《科學(xué)》（Science）雜志上。她相信，如果未來的科學(xué)家們能夠掌握控制腦脊液流動的方法，就能動員起人體自身的清潔工，把腦部產(chǎn)生的所有廢物全部清理出去，從而更好地預(yù)防阿爾茲海默病。

在這一天到來之前，我們也可以自救，方法就是好好睡覺，別老熬夜了。