人類(lèi)為什么要睡覺(jué)?
志鮮
關(guān)于這個(gè)問(wèn)題,科學(xué)家至今沒(méi)有找到確切答案。在睡眠原因的推測(cè)中比較著名的有能量保持理論,這種觀點(diǎn)認(rèn)為睡眠只是用來(lái)保存能量的方式。還有觀點(diǎn)認(rèn)為,睡眠是為了實(shí)現(xiàn)某種功能,比如“記憶鞏固”。除此之外,還有恢復(fù)與修整功能論、身體免疫論等推測(cè)。
斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)最近一項(xiàng)發(fā)表在《自然》上的論文指出,斑馬魚(yú)睡眠時(shí)的神經(jīng)活動(dòng)特征與人類(lèi)相似。這意味著睡眠活動(dòng)至少在4.5億年前已經(jīng)演化出來(lái),此時(shí)地球上的動(dòng)物仍然全部生活在海中。
吃飯、睡覺(jué),這是每個(gè)人每天都要做的事情??捎姓l(shuí)想過(guò),人為什么要睡覺(jué),這看起來(lái)是一個(gè)極其簡(jiǎn)單的問(wèn)題,但是答案卻比你想象的要復(fù)雜得多。多年來(lái),科學(xué)家進(jìn)行了很多推測(cè)和猜想來(lái)解釋為什么人類(lèi)每天晚上需要睡覺(jué),但至今沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的確切答案。
睡眠是為了保存能量?
在睡眠原因的推測(cè)中比較著名的有能量保持理論,這種觀點(diǎn)認(rèn)為睡眠只是用來(lái)保存能量的方式。對(duì)此,長(zhǎng)期從事睡眠心理學(xué)基礎(chǔ)研究的國(guó)家“萬(wàn)人計(jì)劃”青年拔尖人才、西南大學(xué)睡眠神經(jīng)影像中心主任雷旭教授告訴科技日?qǐng)?bào)記者,1975年,美國(guó)神經(jīng)科學(xué)家伯格提出睡眠的目的是為了降低基礎(chǔ)代謝率,使獲得的能量得以保存,并且恢復(fù)白天丟失的能量。動(dòng)物也是從慢波睡眠中開(kāi)始進(jìn)入冬眠狀態(tài)的,其慢波睡眠的特點(diǎn)與人類(lèi)睡眠高度相似,提示睡眠可能和冬眠現(xiàn)象有著共同的目的——保存能量。“但目前,反對(duì)這種觀點(diǎn)的呼聲非常高,一個(gè)相反的觀點(diǎn)認(rèn)為睡眠大約可以節(jié)省5%—10%的能量,最多不超過(guò)15%,節(jié)約的能量非常有限,恢復(fù)和保養(yǎng)論可能過(guò)于粗糙和簡(jiǎn)單。”雷旭說(shuō)。
誠(chéng)然,睡眠的確可以幫助我們節(jié)約能量,這對(duì)在溫飽線掙扎的動(dòng)物和原始人類(lèi)來(lái)說(shuō)是性命攸關(guān)的。在食物匱乏的季節(jié),動(dòng)物們會(huì)通過(guò)延長(zhǎng)睡眠時(shí)間,甚至開(kāi)始冬眠來(lái)保存能量。然而,隨著進(jìn)化的推進(jìn),某些物種不再終日為了填飽肚子而奔波,比如人類(lèi)。甚至有人說(shuō)睡一晚只能幫人類(lèi)節(jié)省約110卡路里,僅相當(dāng)于一個(gè)熱狗面包的熱量。那是不是說(shuō),人們每天只要多吃一個(gè)熱狗面包,就可以不用睡覺(jué)了?很顯然,答案是否定的。這說(shuō)明,除了幫助節(jié)約能量之外,睡眠對(duì)人類(lèi)還有其他更重要的意義。
睡眠是為了更好的學(xué)習(xí)記憶?
與能量保持理論不同,還有人提出了睡眠的功能論。這一派學(xué)說(shuō)認(rèn)為,睡眠是為了實(shí)現(xiàn)某種功能,比如“記憶鞏固”,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)已學(xué)知識(shí)后睡上一覺(jué)的話,記憶效果會(huì)好得多。
“睡眠的功能論得到了廣泛認(rèn)可?,F(xiàn)在學(xué)界普遍認(rèn)為睡眠有利于神經(jīng)組織的修復(fù)和生長(zhǎng),以保證次日白天功能的正常發(fā)揮。”雷旭說(shuō),睡眠對(duì)記憶具有保護(hù)和鞏固的作用,良好的睡眠對(duì)于第二天的再學(xué)習(xí)也有重要的作用。通過(guò)神經(jīng)成像等技術(shù)手段,人們發(fā)現(xiàn)了記憶在睡眠中得到保護(hù)的更多細(xì)節(jié)。在睡眠過(guò)程中,白天編碼的記憶信息會(huì)進(jìn)行重激活,重新播放一遍。這些記憶信息的重激活與睡眠過(guò)程中特有的腦電波密切相關(guān),包括紡錘波、慢波等。
人們還逐漸認(rèn)識(shí)到,不同的睡眠時(shí)間,鞏固的記憶類(lèi)型也不相同。比如在前半夜,慢波睡眠比較多,主要對(duì)陳述性記憶和空間記憶進(jìn)行鞏固,“我們建議青少年要早睡,少熬夜,其實(shí)這對(duì)加強(qiáng)知識(shí)、公式等陳述性記憶是非常有幫助的。”雷旭說(shuō)。而后半夜,快速眼動(dòng)睡眠比較多,這與程序性記憶和情緒記憶的鞏固有關(guān)。“這也就是為什么一些情緒障礙患者經(jīng)常在后半夜出現(xiàn)更多恐怖夢(mèng)境,甚至出現(xiàn)夢(mèng)魘的原因。”他說(shuō)。
近幾年來(lái),“突觸穩(wěn)態(tài)說(shuō)”異軍突起。“突觸穩(wěn)態(tài)說(shuō)其實(shí)是對(duì)睡眠學(xué)習(xí)和記憶功能論的一種解釋?zhuān)饕f(shuō)明記憶鞏固過(guò)程中,大腦究竟發(fā)生了什么。”雷旭說(shuō),突觸穩(wěn)態(tài)說(shuō)認(rèn)為,突觸作為神經(jīng)元間信息的傳遞通道,在人清醒的時(shí)候,新信息不斷輸入大腦,為了適應(yīng)信息傳遞的需求,突觸活動(dòng)不斷增強(qiáng)。但是突觸不能無(wú)限活躍,否則將再?zèng)]有空間來(lái)形成新的記憶。而睡眠期間由于和外界刺激的相對(duì)隔絕,突觸在這段時(shí)間得到充分休息,突觸的相對(duì)回縮為新一天接受信息的輸入,學(xué)習(xí)新事物做準(zhǔn)備。其實(shí),為了解釋睡眠和記憶鞏固之間的關(guān)系,也有學(xué)者提出了系統(tǒng)鞏固假說(shuō)。該假說(shuō)認(rèn)為,記憶的鞏固,主要依靠前額葉和海馬區(qū)的配合來(lái)完成。海馬區(qū)負(fù)責(zé)臨時(shí)儲(chǔ)存白天形成的新記憶,而睡眠過(guò)程中,前額葉則把臨時(shí)儲(chǔ)存的記憶分配到全腦去。這是一個(gè)完全不同于突觸穩(wěn)態(tài)的假說(shuō)。
關(guān)于睡眠還有哪些假說(shuō)?
除了以上提到的那些假說(shuō)之外,關(guān)于人類(lèi)為什么要睡覺(jué),還有恢復(fù)與修整功能論、身體免疫論等推測(cè)。
雷旭解釋?zhuān)鲜隼碚摲謩e從代謝、免疫等角度來(lái)闡述睡眠的功能。恢復(fù)與修整功能論認(rèn)為睡眠使得工作了一天的大腦和身體得到休息、修整和恢復(fù);而身體免疫論發(fā)現(xiàn),睡眠可以提高血液中T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞的水平,認(rèn)為健康的睡眠可以幫助激活免疫系統(tǒng),提高免疫和再生免疫功能等。
雷旭表示,關(guān)于睡眠的原因,每個(gè)理論都有一些合理的地方,但目前的認(rèn)識(shí)是,它們各自可能都有失偏頗。“這些理論可能都正確,但仍需要進(jìn)一步研究來(lái)進(jìn)行證實(shí)??茖W(xué)探索的過(guò)程其實(shí)是一個(gè)不斷否定已有理論,從而接近真理的過(guò)程。”雷旭強(qiáng)調(diào),目前對(duì)睡眠的研究取得了一些重要成果,例如近些年的研究顯示,不同的睡眠階段,功能或許還有所側(cè)重,慢波睡眠更多的是進(jìn)行大腦的系統(tǒng)鞏固,而快速眼動(dòng)睡眠則進(jìn)行突觸鞏固;不少內(nèi)源性激素的合成和代謝都與睡眠周期相關(guān),兒童的生長(zhǎng)激素水平在入睡后會(huì)升高,慢波睡眠期分泌達(dá)到頂峰,淋巴細(xì)胞的有絲分裂及骨骼增長(zhǎng)均在睡眠時(shí)最快;白天體力活動(dòng)量大者慢波睡眠的比例增加等。
動(dòng)物千奇百怪的睡眠方式
有些科學(xué)家為了弄清睡眠的原因,觀察了自然界動(dòng)物的睡眠方式,但不觀察還好,一觀察發(fā)現(xiàn)更復(fù)雜了。因?yàn)殡m然睡眠在動(dòng)物中也很常見(jiàn),但它們睡覺(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);甚至連爬行動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)、果蠅和線蟲(chóng)也有對(duì)外界刺激反應(yīng)降低的安靜休息階段,盡管科學(xué)界對(duì)于是否要將之定義為“睡眠”還頗為踟躕。
“睡眠是動(dòng)物適應(yīng)環(huán)境的重要結(jié)果,同時(shí)受到進(jìn)化的影響。”雷旭說(shuō),動(dòng)物睡眠方式的多樣性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:晝夜的活動(dòng)程度和睡眠的時(shí)長(zhǎng)。比如貓頭鷹是晝伏夜出,而百靈鳥(niǎo)則是清晨很早就出來(lái)活動(dòng)。通常來(lái)說(shuō)在食物鏈低端的草食性動(dòng)物,睡眠更短,而在食物鏈頂端的大型食肉動(dòng)物,如老虎、獅子等,睡眠時(shí)間比較長(zhǎng)。草食性動(dòng)物睡眠時(shí)間短、睡眠周期轉(zhuǎn)化快有利于更長(zhǎng)時(shí)間的食物攝取,逃避被肉食動(dòng)物捕獲的危險(xiǎn)。而大型食肉動(dòng)物可以通過(guò)睡眠來(lái)減少對(duì)熱量的消耗,實(shí)現(xiàn)機(jī)體的有效恢復(fù)。
他表示,動(dòng)物睡眠另一個(gè)有意思的現(xiàn)象是半球腦睡眠現(xiàn)象。一些生活在水中的哺乳動(dòng)物以及鳥(niǎo)類(lèi),如海豚、軍艦鳥(niǎo)等,可以一半大腦睡眠而另一半大腦保持清醒。它們可以通過(guò)大腦兩個(gè)半球交替睡覺(jué),滿足長(zhǎng)途遷徙和避免被捕食的需求。“近年來(lái),我們發(fā)現(xiàn)人類(lèi)在一些特殊條件下,如進(jìn)入陌生的睡眠環(huán)境中,大腦也表現(xiàn)出類(lèi)似的一半睡眠一半清醒的現(xiàn)象。”雷旭說(shuō)。
睡眠如此多態(tài),讓那些想給睡眠找出一個(gè)通用的終極解釋的研究者們十分苦惱。不過(guò),有專(zhuān)家指出,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),但在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域還有待進(jìn)一步研究,一切仍是撲朔迷離。