清醒与梦境之间，大脑经历了什么？

枕头冰凉贴着你的脸颊。楼上的邻居在天花板上吱呀作响。你闭上眼睛，光影在视野中跳跃。一只猫在嗅一块奶酪。点点斑斑掉进湖中。所有这一切都感觉非常正常自然，尽管你根本没有养猫，身边也没有湖泊。

你已经开始进入睡眠的旅程——这种神秘的状态，是你和大多数动物生存所必需的某种形式。睡眠会以我们尚未完全理解的方式为大脑和身体“重启”：修复组织、清除毒素、巩固记忆。但任何经历过失眠的人都知道，进入睡眠状态在生理和心理上都不是一件简单的事。

“要入睡，几乎一切都得改变，”麻省理工学院睡眠科学研究员亚当·霍洛维茨（Adam Horowitz）说。流向大脑的血液会减缓，而脑脊液的循环则加快。神经元会释放神经递质，改变大脑的化学状态，它们的活动方式也会发生变化，开始更同步地放电。脑中浮现出各种画面，思维开始扭曲变形。

“我们的脑子能够非常迅速地把我们从对环境的意识状态，转变为无意识状态，甚至是体验一些并不存在的东西，”麻省理工学院的睡眠研究员劳拉·刘易斯（Laura Lewis）说。“这引发了关于人类体验的一些极其迷人的问题。”

目前我们仍然对大脑是如何安全高效地在这些状态之间转换知之甚少。但针对入睡和醒来两个过程的研究，正在逐步揭示这些“过渡状态”（in-between states）的神经生物学基础，有助于我们理解当这种转换出错时，比如失眠或睡眠瘫痪，是如何发生的。

传统上，睡眠一直被认为是一种非黑即白的现象，刘易斯说。你要么醒着，要么睡着。但最新的研究显示，睡眠“更像是一个连续谱，而不是一个单一的类别”。

乘着脑电波的节奏

早在1930年代，华尔街大亨、律师兼业余科学家阿尔弗雷德·李·卢米斯（Alfred Lee Loomis）喜欢在位于纽约上州的大宅中，为打盹的宾客扫描大脑。他开创性地使用一种称为脑电图仪的设备来研究睡眠。每位小憩者都戴着一个装有电极的帽子，这些电极可以无创地测量他们的大脑活动。机器会用一支笔在以每秒1厘米速度滚动的纸上画出有高低起伏的波形，从而生成脑电图（EEG）。

这些波形代表的是神经元的整体活动。当我们入睡时，神经元开始同步工作，也就是说它们会同时发放信号、同时沉默（没人确切知道为什么会这样）。随着人进入更深的睡眠，这种同步性会增强，产生频率更低、振幅更高的脑波。在一整晚的睡眠过程中，这些脑波会以周期性方式时快时慢——每晚如此，周而复始。卢米斯将不同类型的脑波分类，建立了后来被称为“睡眠状态”（sleep states）的系统，并创造出描述无意识阶段的术语体系。

脑电图技术催生了现代睡眠研究。记录并测量脑电图中的波形，成为神经科学家无需动刀就能推断一个人脑部状态或睡眠阶段的常规手段。这项技术成为理解神经元在睡眠中活动的核心方法，也帮助科学家研究睡眠意识的各种主观体验，例如做梦。

1950年代初，芝加哥大学的生理学家纳撒尼尔·克莱特曼（Nathaniel Kleitman）和他的学生尤金·阿瑟林斯基（Eugene Aserinsky）首次描述了“快速眼动睡眠”（REM sleep）阶段——这是大脑在一夜之间反复经历的一个周期，我们通常会在这个阶段做梦。REM睡眠中的脑波比非REM睡眠（non-REM sleep）更快，看起来更像清醒时的脑波。几年后，克莱特曼与同在芝加哥大学的睡眠研究者威廉·迪门特（William Dement）完善了睡眠阶段的分类系统：基于卢米斯原始研究，将非REM阶段划分为四个阶段，再加上一个REM阶段。如今的通用分类系统是对其改进版，将最后两个非REM阶段合并为一个阶段。

然而，这种明确的阶段划分掩盖了它们之间的微妙过渡。“这个领域的标准模型是，你只有三个选项：要么清醒，要么在非REM睡眠中，要么在REM睡眠中，”巴黎脑研究所（Paris Brain Institute）的认知神经科学家托马斯·安德里永（Thomas Andrillon）说。

虽然早期就有证据表明，大脑可能会处于一种“睡与醒混合”的状态，但这种观点长期被忽视。它被认为过于复杂、变化太大，不符合大多数研究者对睡眠所持的严谨定义。

但安德里永说，越来越多的新一代神经科学家开始质疑这一“现状”。他们意识到：“也许真正有趣的事情，恰恰就发生在这些模糊地带。”

慢慢入睡

萨尔瓦多·达利（Salvador Dalí）或许会对此表示赞同。

就在卢米斯在他的大宅中进行脑电图实验的同时，这位超现实主义艺术家也在亲自尝试探索入睡的过渡过程。正如他在1948年出版的《手艺出神入化的50个秘密》（50 Secrets of Magic Craftsmanship）中描述的那样，他会坐在一张“骨感的扶手椅上，最好是西班牙风格”，一只手掌心轻轻托着一把沉重的钥匙，下面放着一个倒扣的盘子。当他开始打盹时，手会逐渐松弛，钥匙最终从指缝中掉下。钥匙碰到盘子的清脆响声会把他惊醒。

达利相信，在这个阶段被惊醒能唤醒他的“心灵能量”，提升创作灵感。于是他会立即开始绘画。其他杰出人物，如托马斯·爱迪生和埃德加·爱伦·坡也对这个被称为“入睡前状态”（hypnagogic state）的阶段非常感兴趣，并进行过类似实验——这个阶段是睡眠的初始窗口，人们会在仍保持清醒的状态下开始体验到脑海中的意象。

Galatea of the Spheres, 1952 by Salvador Dali

2021年，巴黎脑研究所的一组研究人员，包括安德里永，发现这些自我实验者的直觉是对的。从这种最早期的睡眠阶段（N1）醒来似乎能让人进入一个“创造力甜蜜点”。人们在入睡前状态停留约15秒后被唤醒，解决数学题中隐藏规则的可能性是普通人的近三倍。几年后，麻省理工学院的霍洛维茨带领的另一项研究发现，通过引导人们在该状态中做梦，可以进一步提升他们的创造力。

为何“入睡前状态”能增强创造力，目前尚不完全清楚。一种可能性是，入睡的过程“迫使我们放下对思维的控制”，西北大学博士后、现任睡眠科技公司Dust Systems（霍洛维茨共同创办）的顾问卡伦·康科利（Karen Konkoly）解释说。“当我们对大脑的执行控制放松时，或许能接触到更广泛的语义信息网络，从而激发创造力。”安德里永也认为，这一睡眠过渡状态会产生一种“自由驰骋的意识”，让大脑脱离常规思维模式的束缚。

就像一座小镇的房屋逐渐熄灯一样，当整个镇子进入沉睡，大脑也慢慢进入“夜间模式”。睡眠从“镇中心”开始：大脑深处的神经元，比如位于被称为“下丘脑”这一古老控制中枢的神经元，会发出信号来抑制唤醒系统。邻近的脑区，比如丘脑（负责将感官信息传递到大脑其他区域）会最先关闭。几分钟后，大脑皮层也会跟着关闭，这里掌管着意识和高级认知功能。它的关闭顺序是从负责计划和决策的大脑前部，逐步向后延伸至处理视觉等感官信息的区域。

在这一过渡过程中，大脑某些部分已经关闭，而其他部分仍保持清醒，因此我们有时会经历类似梦境的思绪。霍洛维茨说，在入睡前状态中，许多人“有一只脚踏进梦中，另一只脚还在现实里”。有些人会听到声音，有些人会看到画面。这些体验就像轻盈的梦境，是投射在我们仍能感知的现实之上的图像。

“我们也许可以认为这些心理体验有某种功能，”巴西北里奥格兰德联邦大学的神经科学家西达塔·里贝罗（Sidarta Ribeiro）说，“但也可能没有功能，只是大脑活动的副产品。”

当你闭上眼睛、感官逐步关闭时，你已不再从外界接收太多信息，但大脑内部仍在发出信号，也许是白天经历的残余片段。里贝罗和他的团队最近报告说，一个人在入睡过程中早期阶段的脑中画面，很可能反映出白天的经历，这也与其他类似研究的发现相吻合。

一些研究人员正利用睡与醒之间的这个状态来研究“意识”的本质。“如果你能追踪大脑在从两个对立世界切换时发生了什么，就能更深入理解意识是如何波动的，”巴黎脑研究所研究睡眠与意识的研究生尼古拉·德卡（Nicolas Decat）说。在一项尚未经过同行评审的初步研究中，德卡使用脑电图记录了100多名参与者在入睡过程中的脑电波。他参考达利和爱迪生的做法，让参与者手握水瓶，当他们逐渐入睡、瓶子掉落时，声音会将他们唤醒。

通过将参与者的脑电图与他们对当时所思所感的自述进行对比，德卡发现，有些梦境般的意象出现在他们“技术上仍是清醒”的状态中，而某些自发性思考却出现在他们“技术上已经入睡”的阶段。例如，一位参与者报告说感到有蚂蚁在背上爬，而脑电图显示她当时的脑波快速且频繁，属于清醒状态。另一位参与者则表示，在“技术上”已处于睡眠状态（脑波缓慢而稀疏）时，自己仍在清晰思考自己正在入睡的过程。

这些未发表的数据表明，“睡眠状态”可能并不是划分睡眠意识的最佳方式。“清醒还是睡着，并不能完全决定你脑中在想什么，”德卡说。这些数据“挑战了传统观点，即清醒时就会有某类思维，睡着时就会出现梦境意象。现实可能远不止如此。”

入睡的过程可能持续数十分钟，这也意味着研究这个过程相对容易——远比研究醒来的过程容易。因为醒来通常更快、更难预测，也更难在控制条件下研究。

早安，阳光

奥雷莉·斯特凡（Aurélie Stephan）是瑞士洛桑大学的一位博士后研究员，在研究一种被称为“悖论性失眠”（paradoxical insomnia）的现象时，对醒来的过程产生了兴趣。与真正整夜未眠的失眠者不同，悖论性失眠患者坚信自己整晚都没睡着，尽管脑电波显示他们其实确实进入了睡眠状态。“他们的睡眠时间和睡得很好的人差不多……所以这是个谜，”斯特凡说。

要想弄清楚这个问题，她首先需要研究更典型的清醒过程：一个睡得很好的人醒来时，他们的大脑在做什么？

在一项最新研究中，她分析了超过1000次从睡眠到清醒的瞬间——每次的时间尺度仅为几秒钟。她在研究良好睡眠者从非REM睡眠中醒来的数据中，观察到一种奇特的慢脑波。基于此前动物研究，斯特凡和团队推测这种慢波源自大脑深处的某个区域。

在这个信号之后，她观察到大脑皮层开始“醒来”（脑波加快），从前部开始——那里负责执行功能——向后扩展，最终到达处理视觉和其他感官信息的区域。当人们从REM睡眠中醒来时，大脑皮层的唤醒顺序也是一样的，但并不伴随那个先出现的慢波。

斯特凡发现，这种独特慢波的出现与人醒来时的清醒感有关。有这种信号的参与者醒来后感觉更清醒；而没有的人则更昏沉。这表明，这可能是一个帮助唤醒的信号，尽管尚不能完全证实，斯特凡说。

“他们确实非常出色地发现了这一‘睡转醒’过程的特征性信号，”斯坦福大学研究动物睡眠转换的分子生物学家路易斯·德·勒塞亚（Luis de Lecea）评价道。刘易斯补充说，他们为我们提供了一幅“详细的画像”，并解释了“为什么我们每次醒来的感觉并不总是一样的”。

不过脑电图本身较为粗糙，无法深入探测大脑深层结构或获取精细信息。而过往利用fMRI或植入电极的研究发现，唤醒信号的起点来自大脑深处的区域，比如下丘脑和脑干。这些区域会唤醒丘脑，后者再将“唤醒指令”投射至大脑皮层。

虽然清醒过程通常比入睡快，但也不是瞬间完成的。斯特凡的研究发现，从大脑皮层前部到后部的“唤醒旅程”可能持续几秒。但恢复完整意识和认知能力、摆脱“睡眠惰性”，则可能需要几分钟到一小时。她的研究和其他研究还显示，通常与睡眠相关的慢波有时也可能表示“唤醒”，这让两者之间的界限变得模糊。

即使我们睁着眼、自认为醒着并在活动，大脑的部分区域仍可能处于睡眠状态。这种现象被称为“局部睡眠”（local sleep），研究人员认为，它是为了让过度疲劳的神经元得以休息和恢复。这有点像海豚可以单侧大脑轮流睡眠，或者某些鸟类在飞行中也能睡觉。当我们特别疲惫时，即使身体仍在行动，大脑中某些区域也需要暂停、充电。

“这些人是清醒的，眼睛睁着，甚至正在做事，”安德里永说。“但他们的大脑某些部分却出现了典型的慢波睡眠。”因此，“局部睡眠”正在挑战我们对“睡眠”本质的理解。

麻烦的过渡

当我们入睡、醒来，甚至在不同睡眠阶段之间切换时，大脑中会同时发生不同类型的脑电波活动，神经元在不同区域同步与去同步，就像一场节奏混杂的交响曲。这种“睡眠拼图”可以引发诸如入睡前幻象、清明梦、甚至睡眠障碍等各种体验。

“睡眠障碍极为常见，”刘易斯说，“而且很多时候，它们的核心问题就是‘状态切换’出了问题。”

这些障碍的表现形式可能是失眠，即无法顺利进入或维持睡眠；也可能是夜惊、睡眠瘫痪或梦游，即不能正常苏醒。在许多情况下，是大脑某些区域在本应睡着时仍然清醒，或者反过来。

失眠的根本问题，就是入睡或维持睡眠的转换机制出现困难。在睡眠瘫痪中，大脑皮层已经醒来，但控制身体的深层脑区尚未苏醒，导致人有意识却无法动弹。在悖论性失眠中，斯特凡发现的潜在唤醒信号太弱，“它没有完全唤醒他们，只是让他们‘感觉自己醒着’。”她的团队也在梦游者身上发现了相同的信号，但那些信号出现在“错误的时间窗口”，也就是深度睡眠期间。研究还发现，梦游者的大脑活动与做梦时相似，暗示两者可能源自相同的睡眠意识机制。

德卡仍在继续探索“睡眠意识”究竟是什么。他目前正在进行一项调查，了解人们在入睡过程中会经历哪些思绪和脑中画面。这些体验往往难以记忆，因为想要记住它们，我们必须醒来。

有时，我们会在刚刚入睡时，或是在睡眠周期最深处被突然唤醒——这些时刻本不该醒来。也许是床伴翻身惊扰了我们，也许是钥匙掉落在地的声音，也可能是我们自己大脑误判了该唤醒哪些区域的时机。

你的睡眠意识被打断。你从睡眠边缘被拉了回来，睁开了眼睛。

作者：Yasemin Saplakoglu

译者：EY

封面：Kristina Armitage

原文：https://www.quantamagazine.org/how-the-brain-moves-from-waking-life-to-sleep-and-back-again-20251017/