睡眠時大腦會發生什么？

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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免疫系統、抵御癌癥、鞏固記憶并清除大腦中的毒素。大多數成年人需要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，每天都會重復出現。在睡眠期間，我們對周圍環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前讓患者“入睡”，但患者通常表示在麻醉狀態下沒有時間流逝的感覺。此外，睡眠過程中會穿插著規律性的意識清醒期，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。然而，我們現在知道，大多數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，神經元之間的協調性（稱為同步性）都會增強，從而產生振幅很高、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，神經元之間的同步性減弱，直到大腦再次進入快速眼動睡眠。

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生幻覺（即做夢），從頭皮記錄的腦電圖（EEG）活動與清醒狀態下的活動相似。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。當肌張力喪失和快速眼動睡眠不同步時，通常會導致睡眠障礙或睡眠和行為紊亂。例如，調節肌張力喪失的腦干回路受損可能導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，當肌張力喪失與清醒狀態重疊時，就會發生睡眠癱瘓，導致患者在床上醒來，短暫地無法移動或說話。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，但許多健康個體也可能出現這種情況。

保持清醒真是一件難事。清醒并非大腦的默認狀態，而是腦干向大腦皮層釋放一系列神經遞質（包括谷氨酸、乙酰膽堿、血清素和去甲腎上腺素）后產生的特殊結果。這些神經遞質由腦干的上行激活系統（AAS）輸送至大腦皮層。AAS是由一些核團或細胞體簇組成，其名稱較為特殊，例如藍斑核和中縫核。具體來說，這些核團將特定的神經遞質廣泛投射到大腦皮層的特定靶點。其中許多投射也到達丘腦——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的睡眠狀態。

是什么讓我們在睡眠時關閉了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。但腺苷并非調節睡眠的唯一因素。視交叉上核是下丘腦的一個區域，下丘腦是大腦的調節中心，它位于視交叉上方，視交叉是雙眼視神經交叉的地方。視交叉上核中的神經元接收來自視網膜細胞的信號，這些細胞會告訴大腦外界光線強弱。這使得大腦能夠將睡眠與夜晚同步，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，結節乳頭體核，似乎利用神經遞質組胺來調節清醒狀態。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。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生，因為這會導致有害化學物質在大腦中積聚。

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

腦叔創建了一個名為“丘腦大叔·大腦管家”的知識星球，我把它定位為一本不斷更新的大腦進化訓練指南，旨在分享大腦認知行為和健康知識、陪伴并幫助腦友們解答大腦認知、情緒健康問題，提升大腦認知，幫助大腦進化，尋找幸福的人生！

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