睡眠的奧秘：大腦是“關機”了，還是切換了工作模式？
當睡神許普諾斯降臨時，人就會昏昏欲睡
黑夜女神倪克斯雕像，柏林佩加蒙博物館館藏 [1]
從古至今，人們都試圖揭開睡眠的奧秘，
試圖了解合上雙眼后的身體
究竟發(fā)生了什么。
古希臘人對睡眠現(xiàn)象
給出了一個浪漫的解釋——
每當黑夜女神倪克斯（Nyx）拉下夜幕時，
其子睡神許普諾斯（Hypnos）就會
吩咐侍者從冥界到大地上
誘使人類入睡，
而3000個性格各異的
夢神俄尼里伊（Onirii）們
則會化身為不同的夢境造訪凡人。
我們中國人也借周公姬旦之名
整理了一部《周公解夢》流傳至今，
書中列舉種種夢境，
并據(jù)此預測吉兇。
然而，這些古代民間故事僅止步于
對睡眠現(xiàn)象的記錄與臆想，
其中對睡眠機制的解釋缺乏客觀依據(jù)，
且難以被重復驗證[1]。
從左到右分別為約翰·戴維、馮·?？浦Z莫和漢斯·伯格
直到19世紀，
睡眠研究才開始步入科學的正軌。
1845年，英國醫(yī)生約翰·戴維（John Davy）
開始研究睡眠與體溫的關系；
其后，羅馬尼亞神經學家
馮·?？浦Z莫（Von Economo）推測
下丘腦是負責調控睡眠-覺醒的重要腦區(qū)；
1924年，德國精神科醫(yī)生
漢斯·伯格（Hans Berger）首次在頭皮上
記錄到腦電活動（EEG），
極大地促進了睡眠科學的發(fā)展。
近幾十年來，睡眠探索又
取得了不少科學發(fā)現(xiàn)，
但仍未能揭示睡眠的本質。
時至今日，
睡眠的奧秘依然是一個有趣的謎。
1982年，瑞士科學家
Alexander Borbély
將睡眠-覺醒調控的主要因素概括為
睡眠穩(wěn)態(tài)和生物節(jié)律[2]。
其中，睡眠穩(wěn)態(tài)是睡眠-覺醒周期
最重要的特征，
描述了睡眠-覺醒之間的動態(tài)平衡。
通俗地講，睡眠穩(wěn)態(tài)就是
隨著覺醒時間的延長，
我們的睡眠壓力（想睡覺的需求）
越來越大；
而隨著睡眠時間的延長，
白天積累的睡眠壓力
逐漸得到釋放。
目前認為，包括腺苷在內的一些代謝分子
和蛋白磷酸化等胞內生化過程
介導了覺醒期間睡眠壓力的升高[3]。
近年來，得益于研究手段的革新
（包括分子遺傳學技術、
神經細胞分型技術、
以鈣成像為代表的光學記錄技術、
大規(guī)模電生理記錄技術、
基于光遺傳或化學遺傳的
時空特異的神經操控技術等），
我們實現(xiàn)了
對神經活動更精細的觀察和操縱，
揭示了大腦內不同腦區(qū)中
特定種類神經元在
睡眠-覺醒調控中所起的作用。
上行網(wǎng)狀激活系統(tǒng)主要負責覺醒調節(jié)[4]
此外，我們還發(fā)現(xiàn)
大腦在睡眠中并不是“關機”了，
而是“切換了工作模式”：
在分子層面，
許多與細胞修復相關的基因轉錄
和蛋白合成在睡眠中都相對活躍，
很可能是在修復一些
覺醒期間積累的損傷[5]；
在細胞層面，
睡眠中突觸結構被重塑，
部分突觸連接被弱化從而
刪除無用信息，保證次日的學習能力[6]；
在環(huán)路層面，
睡眠中仍有許多腦區(qū)
處于興奮的狀態(tài)，
甚至睡眠本身的維持也有賴于
睡眠相關環(huán)路的正常工作[7]。
大腦也需要定時地“洗澡”，圖片來自MICHAEL MORGENSTERN
此外，大腦的“夜班工作內容”還包括
腦脊液流動以清除大腦代謝廢物[8]，
腦垂體前葉分泌生長激素[9]，
海馬神經元再現(xiàn)覺醒期活動
以鞏固記憶[10]等。
不可否認的是，
睡眠領域內仍存在著
一些懸而未解的經典疑問，
睡眠前沿的科研進展也
引發(fā)了許多新的深層思考。
我們?yōu)槭裁葱枰撸?/span>
睡眠的主要功能是什么？
睡眠-覺醒周期又是如何被調控的？
我們?yōu)槭裁磿鰤?？夢的功能又是什么?/span>
目前，我們對這些睡眠科學
最基本的問題還沒有明確的答案。
在眾多未解的睡眠奧秘中，
一個重要的問題是
睡眠的終極功能是什么？
睡眠是動物界普遍存在的一種行為，
低等如水母，高等如人類，
只要是活的動物，
就有睡眠或者類似睡眠現(xiàn)象的存在。
這種演化上的保守性
也從側面反映了睡眠行為的重要性。
芝加哥大學的睡眠生物學家
Allan Rechtschaffen教授曾經說過：
“如果睡眠行為
沒有至關重要的功能，
那它將是生物演化史上
最嚴重的一個錯誤”。
試想一下，如果睡眠行為無益無功，
我們豈不是白白浪費了
三分之一的人生？
遺憾的是，我們現(xiàn)在仍不清楚
睡眠行為的核心作用和目的。
睡眠是動物界普遍存在的一種行為[11]
另一方面，睡眠障礙是
一類越來越常見的疾病，
給社會帶來了沉重的負擔。
據(jù)統(tǒng)計，大約有20%的車禍
直接或間接地與睡眠障礙相關，
在美國每年由此帶來的經濟損失
超過1000億美元[12]。
睡眠障礙包括60余種
影響睡眠質量、睡眠節(jié)律
或睡眠時長的疾病，
并可能影響患者白天的工作和生活。
依照現(xiàn)行的
《國際睡眠障礙分類》（ICSD-3），
睡眠障礙主要分為
晝夜節(jié)律睡眠-覺醒障礙、
失眠、中樞性睡眠增多、
睡眠相關呼吸障礙、
異態(tài)睡眠、睡眠相關運動障礙等[13]。
此外，阿爾茨海默癥等神經系統(tǒng)相關疾病
也可能影響患者原本正常的睡眠。
目前我們對于大多數(shù)睡眠障礙
并沒有特效療法，
一個主要的原因就是我們
對大腦調控睡眠-覺醒機制的
理解還不夠透徹。
從這個角度上講，
研究“睡眠-覺醒是如何被調控的”這一問題
也具有重要的臨床意義和社會價值。
當我們對大腦調控
睡眠-覺醒的機制
有足夠深入的理解之后，
我們或許可以對
未來的睡眠控制有所期待。
一方面，通過對睡眠行為的深入理解，
我們可以為臨床上大量
睡眠相關疾病的治療
提供一些理論基礎和參考思路。
我們或許能夠讓失眠患者
得到更加安全有效的治療，
讓發(fā)作性睡病患者在白天
能夠正常工作生活，
甚至有望讓創(chuàng)傷后應激障礙（PTSD）的患者
自定義夢境以擺脫夢魘困擾。
另一方面，雖然我們不太可能
做到完全不用睡覺，
但是我們或許可以
提高睡眠的效率和質量，
縮短每日所需的睡眠時間。
此外，我們或許還可以實現(xiàn)
更加靈活的睡眠時間管理。
例如，出于工作、旅行或其他需要，
我們有時會前移或推遲睡眠時間。
目前常用的方法包括褪黑素促眠
和咖啡因提神等，
但效果有時不盡如人意
且往往伴有副作用。
當我們對大腦調控睡眠-覺醒的機制
有足夠深入的理解之后，
未來睡眠管理的效率將大幅度提高，
我們還可能在條件允許時預存或補充睡眠，
相關的副作用也會大大減少。
睡眠絕不只是
科學家或醫(yī)生應該關心的事。
人人享有睡眠，
也有權利和責任去了解、維護自己的睡眠。
目前許多可穿戴設備及手機應用
已經可以幫助我們更好地記錄睡眠，
提示可能存在的睡眠障礙。
但如何預防睡眠相關疾病、
發(fā)現(xiàn)睡眠問題后又如何改善、
如何與醫(yī)生合作治療等，
都需要利用科學的睡眠知識。
盧梭筆下的《睡著的吉普賽女人》
據(jù)統(tǒng)計，我國有近40%的人
曾遭受失眠的困擾[14]。
這其中很大一部分人可能不是
因為患有頑固的慢性失眠，
而是因為缺乏科學睡眠的基本知識，
或者缺乏學習科學睡眠知識的途徑。
尤其值得注意的是，
目前關于睡眠的科普信息真?zhèn)坞y辨，
魚龍混雜，缺乏可信的來源。
以上也是我們作為睡眠基礎研究工作者
積極參與睡眠科普的原因。
我們計劃普及科學睡眠知識，
分享睡眠研究進展。
一方面，我們希望能夠通過
經科研或臨床專業(yè)人士審核的科普內容，
倡導健康的生活方式，
幫助大家提高日常睡眠質量。
另一方面，也希望通過對領域進展的梳理，
讓睡眠科研工作者及臨床醫(yī)生
對前沿研究有更多的思考，
更好地啟發(fā)后續(xù)工作。
注：本文轉載自中科院神經科學研究所研究員徐敏的公眾號“睡眠奧秘”，經作者授權轉發(fā)，略有改動。
參考文獻：
