睡眠時大腦會發(fā)生什么？

關(guān)注視頻號：丘腦大叔

早上好，我是腦叔，一個愛聊腦的家伙。

我們很容易問：“為什么要睡覺？”但我們也可以反過來問：“為什么要醒著？”我們需要保持清醒，原因有很多，例如尋找和進(jìn)食、喝水、躲避危險、繁衍后代以及鍛煉身體。但我們也需要睡眠來恢復(fù)免疫系統(tǒng)、抵御癌癥、鞏固記憶并清除大腦中的毒素。大多數(shù)成年人需要7到9小時的睡眠才能保持健康。如果你睡眠不足，那么就值得思考一下，那些額外的清醒時間是否真的比你的健康更重要。

但睡眠究竟是什么？睡眠是一種自然的大腦狀態(tài)，每天都會重復(fù)出現(xiàn)。在睡眠期間，我們對周圍環(huán)境的視覺和聽覺感知會逐漸減弱。但睡眠與全身麻醉不同，后者在正確使用的情況下會使人完全失去意識。盡管麻醉師會在手術(shù)前讓患者“入睡”，但患者通常表示在麻醉狀態(tài)下沒有時間流逝的感覺。此外，睡眠過程中會穿插著規(guī)律性的意識清醒期，即快速眼動睡眠（REM睡眠）。

睡眠可以分為兩個階段：快速眼動睡眠（REM睡眠）和非快速眼動睡眠（NREM睡眠）。快速眼動睡眠與做夢密切相關(guān)。然而，我們現(xiàn)在知道，大多數(shù)從非快速眼動睡眠中醒來的人也都有做夢的記錄。非快速眼動睡眠由四個階段組成，每個階段的睡眠深度逐漸加深。在每個階段，神經(jīng)元之間的協(xié)調(diào)性（稱為同步性）都會增強，從而產(chǎn)生振幅很高、頻率很低的腦電波，這種腦電波可以通過一種稱為腦電圖（EEG）的技術(shù)從頭皮記錄下來。正如睡眠圖上階梯狀的曲線所示，睡眠周期會逐漸倒退，神經(jīng)元之間的同步性減弱，直到大腦再次進(jìn)入快速眼動睡眠。

Hypnogram showing stages of cycles of sleep throughout the night.Source: Illustration by Michal Roessler (Knowing Neurons) and adapted from Scholarpedia (McCarley and Sinton, 2008).

在快速眼動睡眠（REM睡眠）期間，大腦會在身體麻痹的情況下產(chǎn)生幻覺（即做夢），從頭皮記錄的腦電圖（EEG）活動與清醒狀態(tài)下的活動相似。肌張力喪失（或肌肉張力完全喪失）會阻止我們在睡眠中做出夢境中的行為，從而避免傷害自己。當(dāng)肌張力喪失和快速眼動睡眠不同步時，通常會導(dǎo)致睡眠障礙或睡眠和行為紊亂。例如，調(diào)節(jié)肌張力喪失的腦干回路受損可能導(dǎo)致快速眼動睡眠行為障礙，這是一種睡眠障礙，患者會做出夢境中的行為，有時會導(dǎo)致意外傷害自己或他人。（雖然快速眼動睡眠行為障礙聽起來像夢游，但它實際上是一種不同的睡眠障礙。）睡眠癱瘓則恰恰相反，當(dāng)肌張力喪失與清醒狀態(tài)重疊時，就會發(fā)生睡眠癱瘓，導(dǎo)致患者在床上醒來，短暫地?zé)o法移動或說話。睡眠癱瘓本身并非睡眠障礙——它通常作為其他睡眠障礙的一部分出現(xiàn)，但許多健康個體也可能出現(xiàn)這種情況。

保持清醒真是一件難事。清醒并非大腦的默認(rèn)狀態(tài)，而是腦干向大腦皮層釋放一系列神經(jīng)遞質(zhì)（包括谷氨酸、乙酰膽堿、血清素和去甲腎上腺素）后產(chǎn)生的特殊結(jié)果。這些神經(jīng)遞質(zhì)由腦干的上行激活系統(tǒng)（AAS）輸送至大腦皮層。AAS是由一些核團或細(xì)胞體簇組成，其名稱較為特殊，例如藍(lán)斑核和中縫核。具體來說，這些核團將特定的神經(jīng)遞質(zhì)廣泛投射到大腦皮層的特定靶點。其中許多投射也到達(dá)丘腦——丘腦是兩個核桃大小的腦葉，如同通往大腦皮層的“珍珠之門”。切斷這些核團的投射會使大腦陷入不可逆轉(zhuǎn)的睡眠狀態(tài)。

是什么讓我們在睡眠時關(guān)閉了AAS？腺苷，也就是茶或咖啡中咖啡因所阻斷的同一種分子，會在清醒時積聚在大腦中，并阻斷合成代謝類固醇（AAS）的成分，使我們感到困倦。但腺苷并非調(diào)節(jié)睡眠的唯一因素。視交叉上核是下丘腦的一個區(qū)域，下丘腦是大腦的調(diào)節(jié)中心，它位于視交叉上方，視交叉是雙眼視神經(jīng)交叉的地方。視交叉上核中的神經(jīng)元接收來自視網(wǎng)膜細(xì)胞的信號，這些細(xì)胞會告訴大腦外界光線強弱。這使得大腦能夠?qū)⑺吲c夜晚同步，但很容易被人造光欺騙，例如睡前智能手機屏幕的光線。下丘腦的另一個部分，結(jié)節(jié)乳頭體核，似乎利用神經(jīng)遞質(zhì)組胺來調(diào)節(jié)清醒狀態(tài)。這就是為什么抗組胺藥物（例如抗過敏藥）的副作用通常是嗜睡。

你的大腦每晚都在努力工作，讓你得到休息和恢復(fù)。然而，諸如“死了以后再睡”之類的想法，卻會加速阿爾茨海默病和其他致命疾病的發(fā)生，因為這會導(dǎo)致有害化學(xué)物質(zhì)在大腦中積聚。

About the author：Joel Frohlich Ph.D. Consciousness, Self-Organization, and Neuroscience

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