為什麼我們要把人生三分之一的時間花在睡覺上？

研究發現，失眠會導致神經元腦電活動的混亂，從而妨礙記憶的寫入。

撰文 伊恩·桑普爾（Ian Sample）

翻譯 張雪

審校 胡家僖

科學家們發現，大腦得不到充分休息時，其中的神經元似乎會發生過度聯繫，並且腦電活動也有些混亂，以至於新發生的記憶不能得到恰當的處理。圖片來源：www.bridgemanimages.com

為何我們把人生中三分之一的時間花在睡覺上？這個問題至今為止仍缺乏科學解釋，但關於失眠的夜晚對大腦造成損害的研究卻給我們帶來了一絲啟示，同時也為抑鬱症的潛在治療方法提供了令人興奮的線索。

在8月新發表的一項研究中，研究人員首次發現，睡眠能夠重置大腦在清醒時所構成穩定的神經元連接。這一過程對於大腦的記憶和學習而言十分重要，以此我們才能適應周遭世界。

科學家們發現，僅僅一個晚上的睡眠缺失就足以阻斷大腦天然的重置機制。一旦被剝奪休息時間，大腦中的神經元似乎就會出現過度連接的狀況，並且腦電活動也出現紊亂，以至於新產生的記憶不能得到恰當的處理。

德國弗萊堡大學的精神病學家克里斯托弗·尼森（Christoph Nissen）主持了這項研究，他對於這項研究幫助精神疾病患者的潛在功能感到十分激動。重性抑鬱的根治療法之一就是睡眠剝奪，也就是不讓患者睡覺，尼森認為這種療法是通過改變患者的大腦連接而發揮作用的。這項新研究為這一現象提供了更深層次的理解，並有可能產生更多實際的治療方法。

「人類為什麼要睡覺？這是個根本問題。為什麼我們要為這種大腦狀態花費生命中如此多的時間？這項研究告訴我們，睡眠是一段大腦高度活躍的過程，而且並非浪費時間。健康的大腦功能需要睡眠。」尼森說道。

這項研究的結果同時也佐證了睡眠的突觸靜態平衡假說（synaptic homeostasis hypothesis，SHY），這種假說是由威斯康辛大學麥迪遜分校的科學家在2003年提出的。我們的大腦在一天中需要接受諸多信息，無論是早間新聞、天氣情況，還是午飯後的閑聊和泡茶需要的原料，而這一理論能夠解釋我們的大腦在吸收一天中各式各樣的信息後為什麼會需要休息。

SHY假說認為，當我們處於清醒狀態時，隨著學習過程的進行，形成大腦內神經元連接的突觸能夠得到不斷地增強，最終令大腦中充滿了各類信息。這一過程需要大量的能量，而睡眠則令大腦活動趨於平緩、鞏固記憶並為第二天早上的循環往複做好充分準備。

在這篇發表於《自然·通訊》（Nature Communications）期刊的論文中，尼森描述了一系列由年齡在19到25歲之間的11名男性和9名女性參與的試驗結果，他們中有的經歷了一晚良好的睡眠，有的則前一晚都沒有睡覺。在無眠的夜晚里，參與者們可以玩遊戲、散步或烹飪食物，但不允許攝入咖啡因。研究人員對其進行全程觀察以確保他們保持清醒。

在首輪實驗中，尼森採用磁脈衝來激活自願者大腦中的神經元並引發左手肌肉的抽搐。對於沒有睡覺的自願者，非常微弱的脈衝就已經足以引發肌肉的運動。這說明缺少睡眠的大腦處於一種更加興奮的狀態，與享受一晚良好的睡眠相比，大腦中神經元的連接程度也要更加緊密。

接下來，尼森進行了另一種形式的大腦刺激來模擬記憶被寫入時神經元的激活方式。他發現，睡眠剝奪實驗組的神經元更難發生響應，這也說明寫入記憶過程會受到睡眠缺失所帶來的損害。

總之，研究結果表明，睡眠能夠令大腦的活動平靜下來，以便寫入記憶。與之相反，被剝奪睡眠的大腦會被紊亂的腦電活動所干擾，從而很難完成記憶功能，以至於這一過程幾乎被阻斷了。睡眠缺失的後果可以通過一個簡單的記憶測試體現出來，測試中疲憊的志願者們的表現要比經過充分休息的志願者差得多。不過，睡眠到底是如何影響大腦連接的？提煉出其中的機制，可能要比回答「我們為什麼要睡覺」這個問題本身重要得多。了解了這樣的機制，就能幫助很多需要克服睡眠不足問題的夜班工人及軍事人員，開發出新型藥物或對策幫助他們恢復大腦的正常連接。在這個研究中，志願者們的血樣檢測表明，睡眠不足降低了腦源性神經營養因子（BDNF）的水平，而這種分子能夠調控大腦中的突觸連接。

但尼森更感興趣的是抑鬱症治療方面，這個研究幫助科學家更好地理解了睡眠剝奪治療及其對抑鬱症的療效。「如果你讓重性抑鬱患者一晚上不睡覺，大約60%的患者都會在心情、動機和認知功能上表現出實質性的改善。我們認為，這是因為這種療法可以將這些患者轉換到一種更加有利的狀態。」他說道。

儘管睡眠剝奪療法的療效十分驚人，但由於許多患者在隨後的夜間睡眠中都會複發，所以其應用並不廣泛。但尼森認為這不是重點。「它證明了我們有可能在短短几小時內轉換一個人不同的心情狀態。我們的想法就是利用睡眠和睡眠剝奪來理解大腦並開發新型治療方案。如果採用抗抑鬱藥物或心理治療，那可能需要幾周或幾個月才會看到療效。」

威斯康辛大學麥迪遜分校的睡眠醫學教授朱利奧·托諾尼（Giulio Tononi）是首位提出SHY假說的科學家，他認為這項新型研究「非常精妙且強大」，並且證實了目前只能在動物試驗中進行的實驗結果。

「睡眠至關重要的一個主要原因就是，它令大腦在每天學習新事物的過程中能夠存儲並鞏固舊記憶，」托諾尼說道，「學習和記憶需要突觸活動，這非常消耗能量並且很容易達到飽和。在睡眠過程中，大腦能夠將白天逐漸增強的突觸活動重新調節到正常水平。」

挪威奧斯陸大學的心理學家拉爾斯?韋斯利（Lars Westlye）用「精彩絕倫」來稱讚這項研究，他表示，這項研究結果能夠闡明睡眠生物學、複雜的大腦功能以及精神分裂症和抑鬱症等諸多精神疾病間的聯繫。和尼森一樣，他也認為對於大腦連接性的更清晰的理解可能會解釋睡眠剝奪療法在抑鬱症患者中療效十分顯著的原因，並計劃研究這些患者的療效。

「這些新研究結果可以強有力地激勵患者組的進一步研究，這不但可以進一步了解疾病的根源，同時還能開發新的治療方式。」拉爾斯說道。

原文鏈接：https://www.theguardian.com/science/2016/aug/23/sleep-resets-brain-connections-crucial-for-memory-and-learning-study-reveals

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