睡眠时大脑会发生什么？

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早上好，我是脑叔，一个爱聊脑的家伙。

我们很容易问：“为什么要睡觉？”但我们也可以反过来问：“为什么要醒着？”我们需要保持清醒，原因有很多，例如寻找和进食、喝水、躲避危险、繁衍后代以及锻炼身体。但我们也需要睡眠来恢复免疫系统、抵御癌症、巩固记忆并清除大脑中的毒素。大多数成年人需要7到9小时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，那些额外的清醒时间是否真的比你的健康更重要。

但睡眠究竟是什么？睡眠是一种自然的大脑状态，每天都会重复出现。在睡眠期间，我们对周围环境的视觉和听觉感知会逐渐减弱。但睡眠与全身麻醉不同，后者在正确使用的情况下会使人完全失去意识。尽管麻醉师会在手术前让患者“入睡”，但患者通常表示在麻醉状态下没有时间流逝的感觉。此外，睡眠过程中会穿插着规律性的意识清醒期，即快速眼动睡眠（REM睡眠）。

睡眠可以分为两个阶段：快速眼动睡眠（REM睡眠）和非快速眼动睡眠（NREM睡眠）。快速眼动睡眠与做梦密切相关。然而，我们现在知道，大多数从非快速眼动睡眠中醒来的人也都有做梦的记录。非快速眼动睡眠由四个阶段组成，每个阶段的睡眠深度逐渐加深。在每个阶段，神经元之间的协调性（称为同步性）都会增强，从而产生振幅很高、频率很低的脑电波，这种脑电波可以通过一种称为脑电图（EEG）的技术从头皮记录下来。正如睡眠图上阶梯状的曲线所示，睡眠周期会逐渐倒退，神经元之间的同步性减弱，直到大脑再次进入快速眼动睡眠。

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).

在快速眼动睡眠（REM睡眠）期间，大脑会在身体麻痹的情况下产生幻觉（即做梦），从头皮记录的脑电图（EEG）活动与清醒状态下的活动相似。肌张力丧失（或肌肉张力完全丧失）会阻止我们在睡眠中做出梦境中的行为，从而避免伤害自己。当肌张力丧失和快速眼动睡眠不同步时，通常会导致睡眠障碍或睡眠和行为紊乱。例如，调节肌张力丧失的脑干回路受损可能导致快速眼动睡眠行为障碍，这是一种睡眠障碍，患者会做出梦境中的行为，有时会导致意外伤害自己或他人。（虽然快速眼动睡眠行为障碍听起来像梦游，但它实际上是一种不同的睡眠障碍。）睡眠瘫痪则恰恰相反，当肌张力丧失与清醒状态重叠时，就会发生睡眠瘫痪，导致患者在床上醒来，短暂地无法移动或说话。睡眠瘫痪本身并非睡眠障碍——它通常作为其他睡眠障碍的一部分出现，但许多健康个体也可能出现这种情况。

保持清醒真是一件难事。清醒并非大脑的默认状态，而是脑干向大脑皮层释放一系列神经递质（包括谷氨酸、乙酰胆碱、血清素和去甲肾上腺素）后产生的特殊结果。这些神经递质由脑干的上行激活系统（AAS）输送至大脑皮层。AAS是由一些核团或细胞体簇组成，其名称较为特殊，例如蓝斑核和中缝核。具体来说，这些核团将特定的神经递质广泛投射到大脑皮层的特定靶点。其中许多投射也到达丘脑——丘脑是两个核桃大小的脑叶，如同通往大脑皮层的“珍珠之门”。切断这些核团的投射会使大脑陷入不可逆转的睡眠状态。

是什么让我们在睡眠时关闭了AAS？腺苷，也就是茶或咖啡中咖啡因所阻断的同一种分子，会在清醒时积聚在大脑中，并阻断合成代谢类固醇（AAS）的成分，使我们感到困倦。但腺苷并非调节睡眠的唯一因素。视交叉上核是下丘脑的一个区域，下丘脑是大脑的调节中心，它位于视交叉上方，视交叉是双眼视神经交叉的地方。视交叉上核中的神经元接收来自视网膜细胞的信号，这些细胞会告诉大脑外界光线强弱。这使得大脑能够将睡眠与夜晚同步，但很容易被人造光欺骗，例如睡前智能手机屏幕的光线。下丘脑的另一个部分，结节乳头体核，似乎利用神经递质组胺来调节清醒状态。这就是为什么抗组胺药物（例如抗过敏药）的副作用通常是嗜睡。

你的大脑每晚都在努力工作，让你得到休息和恢复。然而，诸如“死了以后再睡”之类的想法，却会加速阿尔茨海默病和其他致命疾病的发生，因为这会导致有害化学物质在大脑中积聚。

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

脑叔创建了一个名为“丘脑大叔·大脑管家”的知识星球，我把它定位为一本不断更新的大脑进化训练指南，旨在分享大脑认知行为和健康知识、陪伴并帮助脑友们解答大脑认知、情绪健康问题，提升大脑认知，帮助大脑进化，寻找幸福的人生！

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