人類為什么要睡覺？科學(xué)家至今沒有找到確切答案

人類為什么要睡覺 科學(xué)家至今沒有找到確切答案

身邊的謎題⑩

斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究團隊最近一項發(fā)表在《自然》上的論文指出，斑馬魚睡眠時的神經(jīng)活動特征與人類相似。這意味著睡眠活動至少在4.5億年前已經(jīng)演化出來，此時地球上的動物仍然全部生活在海中。

吃飯、睡覺，這是每個人每天都要做的事情。可有誰想過，人為什么要睡覺，這看起來是一個極其簡單的問題，但是答案卻比你想象的要復(fù)雜得多。多年來，科學(xué)家進行了很多推測和猜想來解釋為什么人類每天晚上需要睡覺，但至今沒有一個統(tǒng)一的確切答案。

睡眠是為了保存能量？

在睡眠原因的推測中比較著名的有能量保持理論，這種觀點認(rèn)為睡眠只是用來保存能量的方式。對此，長期從事睡眠心理學(xué)基礎(chǔ)研究的國家“萬人計劃”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報記者，1975年，美國神經(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。動物也是從慢波睡眠中開始進入冬眠狀態(tài)的，其慢波睡眠的特點與人類睡眠高度相似，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，反對這種觀點的呼聲非常高，一個相反的觀點認(rèn)為睡眠大約可以節(jié)省5%—10%的能量，最多不超過15%，節(jié)約的能量非常有限，恢復(fù)和保養(yǎng)論可能過于粗糙和簡單。”雷旭說。

誠然，睡眠的確可以幫助我們節(jié)約能量，這對在溫飽線掙扎的動物和原始人類來說是性命攸關(guān)的。在食物匱乏的季節(jié)，動物們會通過延長睡眠時間，甚至開始冬眠來保存能量。然而，隨著進化的推進，某些物種不再終日為了填飽肚子而奔波，比如人類。甚至有人說睡一晚只能幫人類節(jié)省約110卡路里，僅相當(dāng)于一個熱狗面包的熱量。那是不是說，人們每天只要多吃一個熱狗面包，就可以不用睡覺了？很顯然，答案是否定的。這說明，除了幫助節(jié)約能量之外，睡眠對人類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)說認(rèn)為，睡眠是為了實現(xiàn)某種功能，比如“記憶鞏固”，不少睡眠剝奪實驗顯示，睡眠會影響長期記憶的鞏固。不管是動物還是人，在學(xué)習(xí)新知識和復(fù)習(xí)已學(xué)知識后睡上一覺的話，記憶效果會好得多。

“睡眠的功能論得到了廣泛認(rèn)可。現(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，以保證次日白天功能的正常發(fā)揮。”雷旭說，睡眠對記憶具有保護和鞏固的作用，良好的睡眠對于第二天的再學(xué)習(xí)也有重要的作用。通過神經(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的更多細(xì)節(jié)。在睡眠過程中，白天編碼的記憶信息會進行重激活，重新播放一遍。這些記憶信息的重激活與睡眠過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)識到，不同的睡眠時間，鞏固的記憶類型也不相同。比如在前半夜，慢波睡眠比較多，主要對陳述性記憶和空間記憶進行鞏固，“我們建議青少年要早睡，少熬夜，其實這對加強知識、公式等陳述性記憶是非常有幫助的。”雷旭說。而后半夜，快速眼動睡眠比較多，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)更多恐怖夢境，甚至出現(xiàn)夢魘的原因。”他說。

近幾年來，“突觸穩(wěn)態(tài)說”異軍突起。“突觸穩(wěn)態(tài)說其實是對睡眠學(xué)習(xí)和記憶功能論的一種解釋，主要說明記憶鞏固過程中，大腦究竟發(fā)生了什么。”雷旭說，突觸穩(wěn)態(tài)說認(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，突觸活動不斷增強。但是突觸不能無限活躍，否則將再沒有空間來形成新的記憶。而睡眠期間由于和外界刺激的相對隔絕，突觸在這段時間得到充分休息，突觸的相對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，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。該假說認(rèn)為，記憶的鞏固，主要依靠前額葉和海馬區(qū)的配合來完成。海馬區(qū)負(fù)責(zé)臨時儲存白天形成的新記憶，而睡眠過程中，前額葉則把臨時儲存的記憶分配到全腦去。這是一個完全不同于突觸穩(wěn)態(tài)的假說。

關(guān)于睡眠還有哪些假說？

除了以上提到的那些假說之外，關(guān)于人類為什么要睡覺，還有恢復(fù)與修整功能論、身體免疫論等推測。

雷旭解釋，上述理論分別從代謝、免疫等角度來闡述睡眠的功能。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，每個理論都有一些合理的地方，但目前的認(rèn)識是，它們各自可能都有失偏頗。“這些理論可能都正確，但仍需要進一步研究來進行證實。科學(xué)探索的過程其實是一個不斷否定已有理論，從而接近真理的過程。”雷旭強調(diào)，目前對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行大腦的系統(tǒng)鞏固，而快速眼動睡眠則進行突觸鞏固；不少內(nèi)源性激素的合成和代謝都與睡眠周期相關(guān)，兒童的生長激素水平在入睡后會升高，慢波睡眠期分泌達到頂峰，淋巴細(xì)胞的有絲分裂及骨骼增長均在睡眠時最快；白天體力活動量大者慢波睡眠的比例增加等。

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動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。因為雖然睡眠在動物中也很常見，但它們睡覺的方式各有千秋。蝙蝠把一天內(nèi)的20個小時都用來睡覺；而馬似乎采用了所謂的“達芬奇睡眠法”，一天內(nèi)打幾個盹就夠了，加起來才3小時；甚至連爬行動物、魚類、果蠅和線蟲也有對外界刺激反應(yīng)降低的安靜休息階段，盡管科學(xué)界對于是否要將之定義為“睡眠”還頗為踟躕。

“睡眠是動物適應(yīng)環(huán)境的重要結(jié)果，同時受到進化的影響。”雷旭說，動物睡眠方式的多樣性主要體現(xiàn)在兩個方面：晝夜的活動程度和睡眠的時長。比如貓頭鷹是晝伏夜出，而百靈鳥則是清晨很早就出來活動。通常來說在食物鏈低端的草食性動物，睡眠更短，而在食物鏈頂端的大型食肉動物，如老虎、獅子等，睡眠時間比較長。草食性動物睡眠時間短、睡眠周期轉(zhuǎn)化快有利于更長時間的食物攝取，逃避被肉食動物捕獲的危險。而大型食肉動物可以通過睡眠來減少對熱量的消耗，實現(xiàn)機體的有效恢復(fù)。

他表示，動物睡眠另一個有意思的現(xiàn)象是半球腦睡眠現(xiàn)象。一些生活在水中的哺乳動物以及鳥類，如海豚、軍艦鳥等，可以一半大腦睡眠而另一半大腦保持清醒。它們可以通過大腦兩個半球交替睡覺，滿足長途遷徙和避免被捕食的需求。“近年來，我們發(fā)現(xiàn)人類在一些特殊條件下，如進入陌生的睡眠環(huán)境中，大腦也表現(xiàn)出類似的一半睡眠一半清醒的現(xiàn)象。”雷旭說。

睡眠如此多態(tài)，讓那些想給睡眠找出一個通用的終極解釋的研究者們十分苦惱。不過，有專家指出，諸多物種的睡眠都有共同點——大腦的變化，例如睡眠中全部或部分意識會喪失，缺覺可損害認(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)域還有待進一步研究，一切仍是撲朔迷離。