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人類為什么要睡覺?是為了保存能量?為了更好學習記憶?

時間:2019-07-19 17:07:13    來源:科技日報    

斯坦福大學醫學院研究團隊最近一項發表在《自然》 上的論文指出,斑馬魚睡眠時的神經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雜得多。多年來,科學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基礎研究的國家“萬人計劃”青年拔尖人才、西南大學睡眠神經影像中心主任雷旭教授告訴科技日報記者,1975年,美國神經科學家伯格提出睡眠的目的是為了降低基礎代謝率,使獲得的能量得以保存,并且恢復白天丟失的能量。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,一個相反的觀點認為睡眠大約可以節省5%—10%的能量,最多不超過15%,節約的能量非常有限,恢復和保養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的。在食物匱乏的季節,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省約110卡路里,僅相當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習記憶?

與能量保持理論不同,還有人提出了睡眠的功能論。這一派學說認為,睡眠是為了實現某種功能,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,在學習新知識和復習已學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可。現在學界普遍認為睡眠有利于神經組織的修復和生長,以保證次日白天功能的正常發揮。”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習也有重要的作用。通過神經成像等技術手段,人們發現了記憶在睡眠中得到保護的更多細節。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,包括紡錘波、慢波等。

人們還逐漸認識到,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。“這也就是為什么一些情緒障礙患者經常在后半夜出現更多恐怖夢境,甚至出現夢魘的原因。”他說。

近幾年來,“突觸穩態說”異軍突起。“突觸穩態說其實是對睡眠學習和記憶功能論的一種解釋,主要說明記憶鞏固過程中,大腦究竟發生了什么。”雷旭說,突觸穩態說認為,突觸作為神經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,學習新事物做準備。其實,為了解釋睡眠和記憶鞏固之間的關系,也有學者提出了系統鞏固假說。該假說認為,記憶的鞏固,主要依靠前額葉和海馬區的配合來完成。海馬區負責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態的假說。

關于睡眠還有哪些假說?

除了以上提到的那些假說之外,關于人類為什么要睡覺,還有恢復與修整功能論、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。恢復與修整功能論認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;而身體免疫論發現,睡眠可以提高血液中T淋巴細胞和B淋巴細胞的水平,認為健康的睡眠可以幫助激活免疫系統,提高免疫和再生免疫功能等。

雷旭表示,關于睡眠的原因,每個理論都有一些合理的地方,但目前的認識是,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,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,功能或許還有所側重,慢波睡眠更多的是進行大腦的系統鞏固,而快速眼動睡眠則進行突觸鞏固;不少內源性激素的合成和代謝都與睡眠周期相關,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,一觀察發現更復雜了。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降低的安靜休息階段,盡管科學界對于是否要將之定義為“睡眠”還頗為踟躕。

“睡眠是動物適應環境的重要結果,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,實現機體的有效恢復。

他表示,動物睡眠另一個有意思的現象是半球腦睡眠現象。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,我們發現人類在一些特殊條件下,如進入陌生的睡眠環境中,大腦也表現出類似的一半睡眠一半清醒的現象。”雷旭說。

睡眠如此多態,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,缺覺可損害認知功能。要搞清楚睡眠,必須研究大腦和神經,但在神經科學領域還有待進一步研究,一切仍是撲朔迷離。

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