有益大脑：我们为什么要睡觉

 

你可曾想过，为什么美美地睡一觉醒来，你会头脑清醒，神清气爽？原来，答案是睡眠真的可以给你“洗脑”。

 

“洗脑”

谢璐璐在罗切斯特大学（University of Rochester）实验室里花了两年时间，训练小鼠在特制显微镜下放松和睡觉，观察染料在活组织里流动的情况。她无比的耐心得到了回报，发现了可能是睡眠基本功能的证据：“洗脑”。更准确地说，我们之所以要睡觉，基本原因可能是为了清除人在清醒时，大脑代谢积累的毒素。代谢是指你体内所发生的用于维持生命的一系列化学反应。

近期的研究发现，睡眠在代谢平衡中起到关键作用。所谓维持代谢平衡，是指你的身体需要让细胞内外保持最佳状况，从而能够产生代谢这种生命攸关的化学反应。本质上，你的身体需要把食物转化为能量，以维持细胞运作，并制造出细胞运作和生存所需的化合物。这个过程会产生代谢副产物和细胞废物，需要清除。

 

天然的身体排毒

就像工业化学加工厂一样，你的身体结构内建了一个系统，可安全处置废物和毒素。执行这项功能的，是你体内与静脉和动脉并行的淋巴系统。淋巴系统负责清除代谢副产物、多余的体液、废物和毒素。通过淋巴系统，淋巴液从你的组织流走，最终返回血流。当淋巴液流过淋巴管，会经过淋巴结，在这里，细菌、癌细胞和其他潜在毒素得到过滤。

如果你受过感染，那么你对颈部或腋下淋巴结肿大应该不陌生。淋巴结在遏制感染、癌细胞或毒素扩散方面扮演着重要角色。每天，你的淋巴管会运送多达4公升净化的淋巴液，重新进入血液循环之中。

淋巴系统像一张网一样，遍布你的全身。这些淋巴管的密度通常与所服务组织的代谢率成正比，就像化工厂的过滤系统需要与加工厂的加工量成正比一样。考虑到大脑是人体最消耗能量的器官，忙碌的脑细胞代谢活动旺盛，你或许会以为，大脑应该有十分密集的淋巴网络，能够快速清除生成的代谢副产物。

然而，人脑中并未发现淋巴系统，这一事实令科学家大惑不解，尤其是神经元很容易受到有毒废物的影响。最近，一位好奇的科学家梅肯·聂德卡得（Maiken Nedergaard）博士发现，小鼠脑部血管周围有一系列充满液体的微小管道，由于这个系统清除废物的活动是由神经胶质细胞（glial cells）管理的，她称之为“类淋巴系统”（glymphatic system）。

 

夜间大扫除

就像工业厂房的管道网络一样，类淋巴系统运送充满了废物的脑脊液1。最终，脑中的这个系统把废物运送到身体其他部位通用的中央排泄和回收站。这意味着大脑可以避免进行局部的蛋白质加工和降解。这是很有道理的，因为大脑是至关重要而又脆弱的器官，这样一来，就把有毒废物运到大脑以外的身体处理。最近，科学家在小鼠大脑里发现了一些淋巴管，这可能是废物清除过程的第二步，把废物从脑脊液运送到附近的淋巴结。

 

渗入间隙

在工业厂房和许多其他类型的建筑中，会使用间隙容纳各种建筑服务的元素，包括清除废物。脑组织细胞周围充满液体的空间也称为“间隙”，占全脑容量的20%，是在脑脊液的帮助下，洗掉脑细胞分泌的废物的地方。

脑脊液渗透脑细胞间隙，最终从脑膜返回血流，脑膜是包裹大脑的保护薄膜。液体透过薄膜需要很多能量，因此，聂德卡得直觉认为，人在清醒的时候，大脑加工大量感官信息已经应接不暇，因此，无法同时清除废物。为了核实这一直觉，谢璐璐花了两年时间训练小鼠在显微镜下睡觉，努力确定在小鼠睡觉时，类淋巴系统的活动是否更加活跃。

谢璐璐观察染了色的脑脊液在小鼠大脑中流动的情况，发现在小鼠睡着时，大量脑脊液流入脑部，但这种现象在小鼠清醒时并未出现。原来，在小鼠清醒时，脑脊液的流动仅限于大脑表面，只是小鼠睡着时流动的5%。在睡眠中，脑脊液流入脑组织深处，让大脑得到深层清洁。小鼠睡着时，脑细胞之间的空隙增加了60%之多，更有效清除代谢物，包括β-淀粉样蛋白。β-淀粉样蛋白会在清醒时积累，与阿尔茨海默病有牵连。

 

 

睡眠排毒

你一觉醒来，会神清气爽，这可能是因为你清醒时，神经活动在中枢神经系统积累的潜在神经毒素，在睡眠时加速清除。当你的大脑缺觉，类淋巴系统的主动过程可能没有足够的时间给大脑进行深层清洁、使之运作良好。缺少了彻底的清洁，毒素会积累，阻碍大脑最佳运作，影响到你的认知能力、行为，甚至白天的判断力。

睡眠障碍可能伤害或损害你的认知功能，甚至引起阿尔茨海默病。细胞废物的不当积累与几乎所有神经退行性疾病相关，但具体而言，阿尔茨海默病与睡眠之间的关系涉及一种化学特性是“黏性”的蛋白，称为“淀粉样蛋白”。

睡眠不仅可以让脑部进行深层清洁，还可以更有效清除废物，其中，小鼠睡着时，β-淀粉样蛋白清除的速度是小鼠清醒时的两倍。阿尔茨海默病患者的脑神经细胞之间有蛋白片段的异常沉积，称为“炎斑”。当β-淀粉样蛋白聚集在一起时，会形成炎斑。这些小斑块可能阻挡突触传递信号，也可能激活免疫系统细胞，从而引发炎症。

神经细胞对环境是超级敏感的，因此，必须尽快清除废物。睡眠不足可能令副产物积累，引发不可修复的脑损伤，因此在神经疾病中产生关键影响，例如阿尔茨海默病。

聂德卡得自己预测道：“如果睡眠不足，你很可能会出现损伤。”她也对轮班工作的人表示担忧，并质疑医务人员每隔10分钟唤醒一次脑损伤患者、检查生命体征的做法。

当然，这些研究是在小鼠身上进行的，因此，还需要进一步验证，确认人脑是否有类似的废物处置系统。科学家需要确定人类在夜晚是否会加快“洗脑”。

 

睡眠周期和阶段

你的睡眠/觉醒周期是通过化学物对神经元的作用，在分子层面控制的。睡着以后，你会经过多个不同的睡眠阶段。

 

睡眠压力

代谢副产物腺苷提供了让你每晚入睡的压力，需要睡眠才能从你的系统中清除。腺苷在睡眠/觉醒周期中扮演重要角色。随着腺苷在白天积累，你会感受到越来越大的睡眠压力。在下午，觉醒的生理驱动力会抵抗腺苷的影响。

到了晚上，这个生理清醒系统懈怠下来，黄昏后产生的褪黑素呼唤你入睡。你睡着以后，腺苷逐渐消退，褪黑素在清晨停止释放。

你醒过来之前的几小时，昼夜节律的活跃性增加，把清醒信号传到你的整个大脑和全身。白天，清醒信号逐渐增强，在下午早些时候到达顶峰。

由于生理清醒信号增强和腺苷水平偏低的双重作用，你在整个上午都应该十分清醒。然而，如果你睡眠不足，腺苷还没有从系统中完全清除，你就会觉得昏昏沉沉、疲倦不堪，而不是头脑清醒、神清气爽。

 

生物钟

睡眠时间主要是由你的生物钟控制的，生物钟协调24小时的昼夜周期，因此，其运作独立于你在上一个周期的睡眠或清醒时间。生物钟是你生命活动的内在节律，其首席指挥是脑部下丘脑2内一个微小结构，称为“视交叉上核”。光信号从眼睛出发，沿着视神经传输，穿过大脑侧面，到达枕叶进行视觉加工，而视交叉上核就在大脑侧面对光信号进行采样。获取光暗信息之后，视交叉上核可以让机体内节律性与外部环境同步。

视交叉上核使用一个循环信使，称为“褪黑素”，向大脑和身体传递日夜的重复信号。黄昏后不久，在视交叉上核的触发下，褪黑素快速释放，进入血流。褪黑素并不会产生睡眠，也并未在睡眠过程中起到作用，只是一个信使，穿过你的血流，就像穿街过巷一样大嚷大叫：“肃静！肃静！夜深了。该睡了，该睡了。”

晚上，你睡着以后，系统中的褪黑素会逐渐消退。褪黑素消失以后，就等于告诉你的大脑和身体：睡够了，该醒了。在黎明时分，褪黑素停止释放，在白天一直暂停分泌，直到黄昏后不久，周期重新开始为止。

 

睡眠阶段

睡眠分为5个阶段，按照是否发生了快速眼动分类。阶段一、二、三、四是非快速眼动睡眠期，而阶段五是快速眼动睡眠期。这5个阶段循环往复，你的大脑每夜通常有 5个睡眠周期，但并非每个周期都是相同的，因为非快速眼动睡眠期与快速眼动睡眠期之间的比率在整个夜晚会发生剧烈变化。在前半夜，非快速眼动睡眠期占了大多数时间。在后半夜，你做梦的时候，快速眼动睡眠期变长。阶段三和阶段四（非快速眼动睡眠期）是沉睡阶段。非快速眼动睡眠期的特征是脑波缓慢，中间穿插着称为“纺锤波”的活动。与此相反，快速眼动睡眠期中记录的脑电活动非常类似于大脑清醒时的脑电活动。