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【蘇木七/文】
未解之謎
有人會(huì)說(shuō)，睡覺(jué)是為了讓大腦和身體休息，滿(mǎn)血復(fù)活——這樣顯而易見(jiàn)的答案卻經(jīng)不起推敲，為什么不能在我們清醒的時(shí)候進(jìn)行休整，而非得經(jīng)歷一段無(wú)意識(shí)的昏昏睡眠？
睡眠在動(dòng)物中也很常見(jiàn)，不過(guò)它們睡覺(jué)的方式各有千秋。蝙蝠把一天內(nèi)的20個(gè)小時(shí)都用來(lái)睡覺(jué)，而馬似乎采用了所謂的“達(dá)芬奇睡眠法”，一天內(nèi)打幾個(gè)盹就夠了，加起來(lái)才3小時(shí)。有些鳥(niǎo)類(lèi)和水生哺乳動(dòng)物的睡眠方式更加奇特，左右腦輪流睡覺(jué)，可以一邊睡覺(jué)一邊飛翔或游弋。甚至連爬行動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)、果蠅和線(xiàn)蟲(chóng)有也對(duì)外界刺激反應(yīng)降低的安靜的休息階段，盡管科學(xué)界對(duì)于是否要將之定義為“睡眠”還頗為踟躕。
睡眠如此多態(tài)，讓那些想給睡眠找出一個(gè)唯一的通用的終極解釋的研究者們十分苦惱。不過(guò)諸多物種的睡眠都有共同點(diǎn)——大腦的變化，例如睡眠中全部或部分意識(shí)會(huì)喪失，缺覺(jué)可損害認(rèn)知功能。要搞清楚睡眠，必須研究大腦和神經(jīng)——在神經(jīng)科學(xué)這個(gè)還在等待著自己的牛頓的領(lǐng)域，一切仍是撲朔迷離。
通過(guò)研究腦電波（electroencephalograph，EEG），人們還是大致弄清楚了睡眠的各個(gè)階段。人們正常睡眠的一個(gè)周期內(nèi)有兩個(gè)時(shí)相：非快速眼動(dòng)睡眠期（NREM）和快速眼動(dòng)睡眠期（REM），NREM和REM交替出現(xiàn)，交替一次即為一周期，持續(xù)約90分鐘。一晚約有5-6個(gè)睡眠周期。NREM還可分為4個(gè)階段。不同的階段有不同的腦電活動(dòng)。
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圖片來(lái)源：Source: Nature Reviews | Immunology [1] |
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更詳細(xì)有關(guān)入睡抽動(dòng)或肌肉顫搐的解釋?zhuān)?qǐng)看：睡覺(jué)，抽動(dòng)一下很正常 |
眾說(shuō)紛紜
有人堅(jiān)持認(rèn)為睡眠只是用來(lái)保存能量的方式，選擇一個(gè)隱蔽的地方睡覺(jué)，比起四下晃蕩來(lái)說(shuō)也安全一點(diǎn)，可減少被天敵發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)。不同動(dòng)物有著截然不同的睡眠習(xí)慣，也是不同的生活方式的適應(yīng)結(jié)果。蝙蝠愛(ài)吃的昆蟲(chóng)只在黃昏時(shí)出來(lái)活動(dòng)，因此只用那時(shí)出來(lái)捕食就行，其余時(shí)間還是躲起來(lái)睡覺(jué)更安全經(jīng)濟(jì)點(diǎn)。海洋里的動(dòng)物很難找到安全的棲身之所，所以它們不睡覺(jué)。此派觀(guān)點(diǎn)人士認(rèn)為，水生哺乳動(dòng)物的“半睡半醒”邊游邊睡的方式算不上真正的睡覺(jué)。 [2]
批評(píng)者認(rèn)為這派觀(guān)點(diǎn)低估了睡眠的作用。如果并非“保存能量躲避天敵”這樣簡(jiǎn)單，那么睡眠到底有什么不可忽視的重要作用呢？批評(píng)者提出了諸多證據(jù)來(lái)反駁這一假設(shè)。[3]相關(guān)解釋大致可分兩類(lèi)：
1、恢復(fù)和保養(yǎng)論。即睡眠可幫助恢復(fù)精力，消除疲勞。曾經(jīng)風(fēng)行一時(shí)的觀(guān)點(diǎn)是人們清醒的時(shí)候，大腦里會(huì)積累某種“睡眠因子”，達(dá)到一定濃度后，必須通過(guò)睡眠才能“解鎖”，恢復(fù)精力。許多睡眠因子被紛紛發(fā)掘出來(lái)，包括細(xì)胞因子、腎上腺素、前列腺素、花生四烯酸衍生物、多肽等[4]。不過(guò)并無(wú)確鑿的證據(jù)顯示哪種細(xì)胞因子可以簡(jiǎn)單地充當(dāng)睡眠開(kāi)關(guān)，睡眠的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜，涉及生物鐘、穩(wěn)態(tài)機(jī)制、神經(jīng)遞質(zhì)以及各種睡眠因子的相互作用。弄清這張網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)非易事。還有一種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，清醒時(shí)那些大腦運(yùn)作時(shí)必須的蛋白質(zhì)和RNA等物質(zhì)被耗盡，必須通過(guò)睡眠時(shí)再合成進(jìn)行補(bǔ)充。通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的確發(fā)現(xiàn)，慢波睡眠時(shí)這些物質(zhì)的合成增加。不過(guò)，尚不清楚它們與睡眠是因果關(guān)系，或只是單純相關(guān)而已。
2、功能論。這一派學(xué)說(shuō)的主旨在于睡眠是為了實(shí)現(xiàn)某種功能。例如弗洛伊德就認(rèn)為，睡眠時(shí)的夢(mèng)境可以讓人們實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)中得不到滿(mǎn)足的愿望。當(dāng)然這種“意淫說(shuō)”缺乏科學(xué)依據(jù)。
證據(jù)充足的是“記憶鞏固說(shuō)”。不少睡眠剝奪實(shí)驗(yàn)顯示睡眠會(huì)影響長(zhǎng)期記憶的鞏固。不管是動(dòng)物還是人，在學(xué)習(xí)新知識(shí)和復(fù)習(xí)回顧之間睡上一覺(jué)的話(huà)，效果會(huì)好得多。支持該論點(diǎn)的著名動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)生在大鼠身上，清醒的大鼠在探索周?chē)倪^(guò)程中海馬細(xì)胞的一系列電活動(dòng)，在它們睡眠時(shí)會(huì)回放，并且此重現(xiàn)過(guò)程對(duì)大鼠后來(lái)的探索表現(xiàn)很關(guān)鍵。在人身上也觀(guān)察到了類(lèi)似的現(xiàn)象，在慢波睡眠時(shí)海馬細(xì)胞會(huì)回放之前學(xué)習(xí)過(guò)程中的電活動(dòng)，并且海馬電活動(dòng)越激烈，第二天被試的表現(xiàn)更好。[5,6]
“記憶鞏固說(shuō)”廣受歡迎，研究頗多，不過(guò)近幾年來(lái)另一種學(xué)說(shuō)異軍突起——“突觸穩(wěn)態(tài)說(shuō)(synaptic homeostasis hypothesis, SHY)”[7,8]。突觸是神經(jīng)元之間的連接結(jié)構(gòu)，當(dāng)我們形成新記憶時(shí)，相關(guān)的突觸連接會(huì)加強(qiáng)。而我們覺(jué)醒的時(shí)候新記憶不斷形成，突觸連接不斷增強(qiáng)，增加能耗——這個(gè)過(guò)程如果持續(xù)下去我們的大腦會(huì)吃不消，再也沒(méi)有空間來(lái)形成新的記憶?！巴挥|穩(wěn)態(tài)說(shuō)”提出，慢波睡眠可解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)減弱不必要的突觸連接，平衡各突觸權(quán)重，回到基線(xiàn)水平，為隨后的學(xué)習(xí)記憶提供空間和能量，以實(shí)現(xiàn)記憶的可持續(xù)發(fā)展。
不少證據(jù)支持該學(xué)說(shuō)，例如一天結(jié)束時(shí)，相比起一天開(kāi)始時(shí)，我們大腦的灰質(zhì)會(huì)消耗更多的能量。在大鼠和果蠅里也觀(guān)察到，突觸連接在清醒時(shí)增強(qiáng)，在睡眠時(shí)降低。人們學(xué)習(xí)新東西時(shí)用到的那一部分大腦在睡眠時(shí)會(huì)產(chǎn)生更深的波。[8-11]
睡眠這件復(fù)雜的事兒，又牽扯到大腦和神經(jīng)這樣復(fù)雜的系統(tǒng)，即使有著多種功能也不奇怪，因此也難怪睡眠理論如此百花齊放。任何一種理論，想要深入人心，必須研究清楚詳細(xì)作用機(jī)制，而這條路漫漫而修遠(yuǎn)兮。
參考資料：
[1] Bryant PA, Trinder J, Curtis N. Sick and tired: does sleep have a vital role in the immune system? Nat Rev Immunol. 2004 Jun;4(6):457-67.
[2] Siegel JM. Sleep viewed as a state of adaptive inactivity. Nat Rev Neurosci. 2009 Oct;10(10):747-53.
[3] Cirelli C, Tononi G. Is sleep essential? PLoS Biol. 2008 Aug 26;6(8):e216.
[4] Arias-Carrión O. et al. Biochemical modulation of the sleep-wake cycle: endogenous sleep-inducing factors. J Neurosci Res. 2011 Aug;89(8):1143-9
[5] Skaggs WE, McNaughton BL. Replay of neuronal firing sequences in rat hippocampus during sleep following spatial experience. Science. 1996 Mar 29;271(5257):1870-3.
[6] Albouy G, King BR, Maquet P, Doyon J. Hippocampus and striatum: Dynamics and interaction during acquisition and sleep-related motor sequence memory consolidation. Hippocampus. 2013 Aug 8
[7] Tononi G, Cirelli C. Sleep function and synaptic homeostasis. Sleep Med Rev. 2006 Feb;10(1):49-62. Epub 2005 Dec 22.
[8] Tononi G, Cirelli C. Time to be SHY? Some comments on sleep and synaptic homeostasis. Neural Plast. 2012;2012:415250
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[11] Hanlon EC, Vyazovskiy VV, Faraguna U, Tononi G, Cirelli C. Synaptic potentiation and sleep need: clues from molecular and electrophysiological studies. Curr Top Med Chem. 2011;11(19):2472-82?
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