什么！你睡觉时，大脑却在偷偷学习？

人的一生，约有三分之一的时间在睡眠中度过。不光是人，小到果蝇，大到哺乳动物，几乎所有的生物都离不开睡眠。

如果说“寸金难买寸光阴”，那我们一生不知丢掉了多少金子。可为什么我们进化至今，仍要保存睡眠这个习惯？你有没有好奇过，在我们陷入昏睡后，大脑到底在干什么？

Part.1

“昏睡”的大脑在忙啥？

早在20世纪30年代，就有科学家发现，睡眠期间大脑会进行复杂的周期性活动，以帮助我们清理认知垃圾，巩固有用信息。你以为的“关机休息”，其实是大脑切换到“高效学习模式”，辛勤地整理、巩固和强化我们白天的经历与记忆。

那么大脑具体在进行什么样的活动呢？要理解睡眠如何工作，我们就要深入大脑内部，去看看每一条神经突触在睡眠期间会产生什么变化。

白天，我们学习新东西时，大脑就像一个热闹的“信息集市”——神经突触被频繁使用，新突触产生，旧突触连接变得更强，整个集市活跃又嘈杂。可要一直这么“热闹”，大脑会变得“过载”。就像手机同时运行太多程序会发烫卡顿一样，新的信息会很难存入，这就是突触网络饱和。

图片来源：veer图库

于是，睡眠的第一个任务，就是给大脑“减负”。为了避免大脑内存过载和能量消耗过大，我们需要通过“睡眠模式”来降低神经突触的兴奋度，同时按照一定比例削减其数量。这个过程就好比书店在打烊后，店员会把所有翻乱的书架重新整理一遍，让整个店铺恢复整洁有序的状态，为第二天的营业腾出空间。

那重要的记忆会不会被一并清除掉？别担心，这正是睡眠最精妙的地方：在“整体缩编”的大背景下，那些标志着重要记忆的突触连接会被特殊保护，甚至进一步强化。科学家曾训练小老鼠完成一个复杂的学习任务，并且在小老鼠睡觉后观察它大脑中与学习记忆相关的神经突触，发现与任务相关的这部分神经突触连接被最大程度地保留了下来（尽管其也经历了一些兴奋性下调）。

简单来说，睡眠就是通过全局性地下调，让重要的记忆连接凸显和强化，使得我们想要保存的记忆“信号”从白天的“噪音”中脱颖而出，变得更加清晰和牢固。如果将大脑比作计算机，那么经过了白天高强度的活动后，夜晚的睡眠就像是电脑的“关机”模式：此时大脑不仅会清理白天活动产生的“内存垃圾”，也会把重要的记忆信息上传“云端”，永久地保留下来。

图片来源：veer图库

Part.2

睡眠中的记忆“交响乐”

有人可能会问了：既然要巩固记忆，那我熬夜反复看书，难道不比睡觉更有效？那还真不是——睡眠在巩固记忆中的作用，是不可替代的。这背后，藏着大脑一场精准同步的记忆“交响乐”。

我们的记忆，首先会存储在大脑的“海马体”中——这个脑区形似海马，存东西的本事却不太持久，记忆保存时间较短，很容易被其他信息干扰或者遗忘。而在睡眠期间，海马体中的记忆会被分类转移到大脑皮层中，此时的记忆不再是独立短期的，而是与皮层中原有记忆形成连接，共同组成更加抽象的表征长期存储起来。这个过程就好像超市把新进的一批货分门别类地码到对应的货架上，以便未来更好地筛选提取这些信息。

图片来源：veer图库

更神奇的是，在我们睡着后，白天的记忆就像过电影一样，会重新在海马体中以极快的速度（几十倍速）“回放”，这个过程也叫记忆重放（replay）。就像导演在剪辑电影时反复观看关键镜头一样，海马体的重播就是在标记和强化这些记忆痕迹，为下一步的传输做准备。

可存储在海马体中的记忆是怎样传输到大脑皮层中的呢？这就需要三种脑波默契配合，在大脑上演一场精确同步的“交响乐”。

首先，大脑皮层会发出一种缓慢而有力的脑电波，称为慢波。它是这场交响乐的“总指挥”，为整个大脑设定节奏。慢波用“上升期”发出统一指令：“是时候了！开始存储！”

紧接着，接收指令的各个脑区开始运输记忆。丘脑是海马体和大脑皮层之间的“交通枢纽”。睡眠时，丘脑隔绝外界刺激，让睡眠不被外面的光线和声音干扰；而由丘脑产生的、频率较快的纺锤波，会精准地嵌套在慢波的“上升期”内，为来自海马体的记忆信息开放“快速通道”，让海马体中存储的短时记忆能够被传输到大脑皮层中。

与此同时，海马体在记忆重播的同时会产生一种非常高频的波动，称为涟漪。这些“涟漪”会精准地搭乘上“纺锤波”这列快车，跟着一起往大脑皮层走。

当慢波、纺锤波和涟漪三者完美耦合，一条强大的信息传输链路就形成了。科学家通过记录脑电波发现，在三个波形同时出现的睡眠期间，记忆重放首先会出现在海马体，随后也会出现在大脑皮层的各个区域中，这就意味着记忆成功从海马体传输到了大脑皮层中。

当记忆信息通过“特快专列”抵达大脑皮层这个“总仓库”后，最后的整合工作就开始了。大脑皮层不仅会接收新的记忆，还会将它和已有的、相关的旧知识进行“融会贯通”。例如，你今天认识了“猫”这个新动物，睡眠会帮助你把“猫”的形象、叫声与你有的“动物”、“宠物”等概念联系起来，形成一个更完整、更立体的知识网络。这也就是为什么睡眠不仅能帮助我们记住新东西，还能促进我们理解、创新和形成知识体系的原因。

Part.3

睡眠才是记忆“助推器”

由此可见，熬夜记忆的效果可能反而不如香香甜甜地睡一觉。现在你该明白，为什么自己花了那么多精力熬夜背书、刷题，反而 “吃力不讨好”。

尤其是对于还处于身体发育阶段的未成年人来说，良好的睡眠和好好学习之间并不矛盾，反而能起到增益效果。而对于成年人来说，繁杂工作后拥有一晚充足良好的睡眠，不仅能让我们忘记许多琐碎的烦心事，还能让我们的学习收获、工作经验、美好瞬间记得更牢。

图片来源：pixabay

给大脑一夜的时间，让它安心地完成这场神奇的夜间魔术，你将会在清晨收获一个更加头脑清醒、敏锐和充满创造力的自己。从今晚开始，做个好梦吧！

出品：科普中国

作者：郑佩琦 段威 王亮

监制：中国科普博览

本文仅代表作者观点，不代表中国科普博览立场

本文首发于中国科普博览（kepubolan）

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