@ 2016.04.28 , 14:20

人为什么要睡觉?这个问题没有确切答案

很难说清楚人为什么要睡觉,一部分原因是睡眠带来的诸多好处中,我们根本无法区分哪一个才是最重要的。

有一些东西是我们着实离不了的。氧气是其一。然后是食物和水。再就是睡眠:强行让一只动物保持清醒太长时间会要了它的命。人类也是如此。

这个事实仅仅告诉我们,睡觉是一件非做不可的要紧事。至于为什么要紧,几十年来的大量科研工作仍然没有给出确切的答案。

研究者们发现,睡眠之于人类的益处是多方面的:它能帮助我们提高记忆,让我们的社会和情感生活不偏不倚。不过我们还是不知道睡眠是如何、为何以及何时演化出来的。

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一只白犀牛(Ceratotherium simum)在打盹

乍看起来,动物们委实不应该睡觉。因为失去意识是毫无意义的,更何况一睡就是好几个小时。“无意识对于生存的代价是极为惨重的,”伯克利加利福尼亚大学的Matthew Walker说。

睡着的动物显然更容易被醒着的动物抓住和吃掉

睡眠是如此重要,以至于连被天敌趁虚而入的危险都可以罔顾。

因此,我们可以果断地将简单认为人们之所以睡觉只是因为闲得慌的理论排除掉了。

这一理论被称为懒惰睡眠理论。动物们吃饱喝足,既无性命之虞,又懒得再□□,与其撑着两眼思考人生,还不如好好睡个觉。

这是一个不错的想法,但是想想,睡着的动物显然更容易被醒着的动物抓住和吃掉。这一理论“零意义”,Walker说。

我们不妨把另一个理论也从单子上划掉。

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保持清醒能让你远离危险

有些研究者提出,睡眠是节省你宝贵的能量的好法子,能让哺乳动物的身体核心温度在睡眠的某些阶段有所下降。

苍蝇需不需要睡觉?蚯蚓呢?

不过,Walker和其他许多研究者并不认同这一观点。下面这些数字再清楚不过了,睡眠并不能达到这一目的。

睡眠,而不是随便躺在沙发上,所能节省的能量,大概也就相当于一片黑面包,他说,失去意识根本就不值得去节省120卡。

这些理论都不对的话,那么睡眠究竟是为了什么?在我们认真回答这个问题之前,搞清一些基础的东西是很有帮助的:哪些动物需要睡觉?

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果蝇(Drosophila melanogaster)看上去睡着了

毫无疑问,人类需要睡觉。大多数人都知道,猫狗也睡觉。

但是我们很难查验清楚金鱼什么时候睡觉,或者到底睡不睡觉。这个问题问到更小的动物或其远亲身上,答案就更加不确定了。苍蝇睡不睡觉?蚯蚓睡不睡觉?

睡眠看来是动物的普遍特征

我们在定义睡眠的行为特征上有一致的认同,这些特征能帮助判别我们那些低等动物究竟是不是在睡觉,爱荷华州埃文斯顿西北大学的Ravi Allada说。
这些特征分为三个要素。首先,睡着的动物一声不吭,纹丝不动:睡着的时候肌肉的活动量相当小。

其次,睡眠使动物变得反应迟缓。打个比方,如果你在一头睡着的动物旁边调最大音量来一首月亮之上,你会发现相比清醒的时候,它要进到第二遍副歌才会起身抽你。

最后,我们能分辨出睡眠的状态是因为睡眠使动物不至于太疲劳。如果你让一只动物整夜整宿不睡觉,那它在第二天睡眠的时间比平常要长,有时候人们管这个叫“睡眠反弹”。

根据这些特征,即使是果蝇或是微小的线虫等低等动物,我们也能分辨得出它们是不是在睡觉。“现在有很多关于这一系统模型的出版物,”Allada说。

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即使是秀丽隐杆线虫也会有类似睡眠的行为

“我相信依据这些行为特征,分辨动物是不是在睡觉是十分靠谱的,而且也能将睡眠和小憩区分开来,”法国里昂神经科学研究中心的Paul-Antoine Libourel说。

按照Libourel所说,睡眠看来是动物的普遍特征。“这表明睡眠是物种生存的基础。自然选择并没有把它淘汰掉。”

鸟类,和哺乳动物一样,也会有快速眼动睡眠

实际情况恰恰相反:睡眠不但没有被淘汰,反而演化出一些新的分期和一些新功能。在远古的某个时期,最广为人知的睡眠分期出现了:快速眼动睡眠(REM)。

“REM是后来者,非REM是睡眠的初始形式。”Walker说。

有关REM的起因深深地困扰着Libourel等研究者。

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褐鹈鹕(Pelecanus occidentalis)正要进入梦乡

我们知道人类会有快速眼动睡眠。无疑其他哺乳动物也一样,即使是非常“原始”的卵生哺乳动物鸭嘴兽也是如此。于是我们有理由相信,2.2亿年前,地球上第一批哺乳动物就存在快速眼动睡眠。

碰巧,恐龙在这一时期也出现在了地球上。它们大多数在6 500万年前遭到了灭绝,但是有一个恐龙的分支现在还活着:我们称之为鸟类。而鸟类,和哺乳动物一样,也会有快速眼动睡眠。

原始哺乳动物开始在白天呼呼大睡

有可能REM出现在哺乳动物的远祖以及类鸟恐龙中,Libourel说,抑或单独起源于这两个物种。先不管它起源自哪里,我们的问题是,为什么会出现REM?

有些研究者认为,REM并没有什么作用。而快速眼动睡眠只不过是其他演化的副产物。比如,据西班牙马略卡岛巴利阿里群岛大学的Ruben Rial所说,或许重点是哺乳动物和鸟类都是温血动物。

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快速眼动睡眠看似有着重要的作用

Rail和他的同事提出,温血动物的出现引发了复杂的因果链。最终使得原始哺乳动物适应了黑夜——完全不像它们的爬行类祖先只在白天活动。

原始哺乳动物开始在白天呼呼大睡,它们把自己藏在黑黢黢的地洞里,这样既能保护自己不被掠食者攻击,又能避免强烈的太阳光灼伤双眼,使得敏感的夜视能力大打折扣。

我们的大脑在REM睡眠时非常活跃

“不管怎样,它们将大部分控制这一古老行为输出的神经元活动机制保留了下来,”Rail说。

爬行动物每天会经历两个主要的行为阶段:一动不动在太阳下给身体回暖的被动期;以及觅食、逃脱天敌、求偶、繁殖的活跃期。

Rail说,在原始哺乳动物的大脑中,一些较为“初级”的区域仍然遵循着这些古老的活动模式,与此同时,一些“高级”区域则确保任何类爬行动物的脑力活动不会被转换成实际行为。

这表明我们可以将非REM睡眠视作爬行动物晒太阳的继承形式,而将REM睡眠看作爬行动物日间活动的继承形式。“只不过,这个活动被封闭在一个无法动弹的身体里,”他说,“这就是REM与做梦的起源。”

这或许听起来像是天方夜谭,无从证明,但是一些已知事实倒可以佐证这一观点。

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睡梦中我们的脑电波在发生变化

比如,一个有力的证明是,最早的哺乳动物都是夜行性的——而夜行性也制约了其活动方式。

我们也知道自己的大脑在REM睡眠时非常活跃:事实上,活跃得像是完全清醒时的爬行动物的大脑。因此,REM睡眠有时候也被称为“动态睡眠”或者“异相睡眠”。

睡眠——尤其是REM睡眠——在大脑中起到调整情绪的作用

即便如此,有些研究者还是不认同REM纯粹是进化变化的副产物这一观点。

Walker举了一个例子来证明REM睡眠具有实际的重要功能。“我们做了大量的研究工作,证明了睡眠——尤其是REM睡眠——在大脑中起到调整情绪的作用,”他说。

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鸭嘴兽在睡觉

回想你的童年时代,Walker说。如果你试着回想最为深刻的早期记忆,它们几乎都是情绪事件:可能是一个特别兴奋的生日天,或者是第一天上学时与父母分别时的恐慌。

PDST患者时常出现情感上不可抗拒的幻觉

“令人惊奇的是,虽然你能记起一个情绪事件的某些记忆,但它们本身已不再激起情绪。它们无法引起相同的内心反应,”他说。

我们得感谢REM,Walker说。这也证明了REM具有一项重要功能:允许我们记得重要经历并从中学习。不被它们最初带有的情感包袱羁绊。

“REM当我们睡着的时候为我们疗伤止痛,”Walker说。它帮助大脑将情感外壳与事件本身分离,就像剥橙子那样。

这一假说还能解释创伤后精神紧张性障碍(PDST)的痛苦状况。

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噩梦有助于我们处理紧张的情感经历

PDST患者时常出现情感上不可抗拒的幻觉。

“一名患有PDST的士兵走进车库,说他能听到发动机逆火。他们不止会产生战争场景的幻觉,还引起这样的情绪反应:心跳加速,掌心出汗,” Walker说。这表明大脑并没有将情绪从记忆中剥离开来。

Walker指出,重复的噩梦是PDST的一个特点。他说我们可以理解为当大脑提供了一个高度情绪化的记忆,从而使得REM睡眠将情感剥离。

那些治好了抑郁症的人却经历了最长最悲惨的梦

但是,出于某些原因,REM没能这样做。记忆仍然保留了情感。因此第二天晚上大脑会继续尝试这样做,并发生同样的结果,如此反复。

甚至我们在REM睡眠中所经历的欢快的梦,似乎也具有适应性,是这一过程的一部分。我们从芝加哥睡眠研究者Rosalind Cartwright在20世纪80~90年代的开创性作品中学到了很多。

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这只猫头鹰睡着了

Cartwright找来一些因婚姻失败所致的抑郁症患者,并研究了他们的做梦习惯。

一年后,那些通过临床诊断治好了抑郁症的人却经历了最长最悲惨的梦。反而,那些仍旧消沉的人的梦反而像没有压力的人。
这是一个令人震惊的结论,Walker说。

我们的睡眠有25%处在REM阶段,而对于大多数其他灵长类动物只占到5~10%

此前,梦只是睡眠的副作用的观点被认为是合理的:就像一个钨丝灯泡,发光是它的主要功能,发热是由于它发光导致的结果。“但如果那是真的,Rosalind Cartwright的结论将毫无意义可言,”Walker说。

综合来讲,这些结论提醒Walker,鸟类和哺乳动物进化出REM睡眠是因为这两个群体都具有高级的认知和社交能力。它们通过睡眠,以及做梦,来深化它们对现实世界的感知。他说,“我认为扯到温血上有点转移话题。”

这也可以解释为什么人类的睡眠如此不同寻常。2015年末一份研究认为,我们的睡眠有25%处在REM阶段,而对于大多数其他灵长类动物只占到5~10%。考虑到我们的社会活动如此复杂,倒也合情合理,Walker说。

我们或许可以搞懂为什么哺乳动物和鸟类会进化出REM睡眠。但是非REM睡眠呢,这二者又是哪一个先进化出来,并表现在更多的动物身上?

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太累了,连个更舒服点的地方也不想找了

睡眠的起源一定基于某个原因。不管这个原因是什么,都必定跟某些生物特性有关,或是拥有睡眠的动物的共同特性:不单单是哺乳动物和鸟类。

久而久之,突触中神经递质积微致著

新罕布什尔州汉诺威达特茅斯学院的Robert Cantor认为他找出了这个共同特性:一个相对复杂的大脑以及神经系统。具体来说,复杂的大脑通过一种叫神经递质的大分子传输信号。

神经细胞之间细小的连接点叫突触,当其中一个细胞将某个信号传递给它邻近的细胞时,它通过递送一连串神经递质大分子,到达受体细胞的受体中。

“这个分子过程在所有拥有睡眠的生物体中普遍存在,”Cantor说,“它存在于绝大多数神经系统的突触中,无论复杂与否。”

但是,这个过程是有条件的,Cantor说。

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突触是神经细胞之间的连接点

久而久之,突触中神经递质积微致著,扰乱了其正常的工作秩序。所以就需要有一个过程将这些大分子清除掉。这个过程在我们睡觉的时候是最高效的,他说。

Cantor萌生这个想法有一段时间了,直到2012年,才有所推进。神经学家在大脑中发现了一个从未被发现过的血管网络:类淋巴系统,用于清除脑细胞之间的积液。一年后,研究人员证实了这个类淋巴系统在夜间是最为活跃的。

进化具有改换用途的趋向

“过去几年里我阅读了不少有关类淋巴系统的资料,”Cantor说。“令我感到诧异的是,没有人系统分析过,被冲洗的液体中究竟包含了什么物质。”

他推测神经递质在细胞液中的含量很高。如果属实,则睡眠的起源就有了这样一个解释:清除神经递质对于神经系统是如此重要,于是动物们开始睡觉——即使把自己暴露在无意识的状态也在所不惜。

睡眠无疑在大脑的这项活动中发挥了作用,Walker说。但我们不确定这是不是触发睡眠起源的单一原因。

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睡眠对我们好处多多

问题在于睡眠可能先进化出来,然后大脑和神经系统利用这个机会清理掉不需要的分子。

当进化生物学家试图对某个特征追根溯源时,他们不得不面临这样一个问题:进化具有改换用途(repurpose)的趋向。

譬如,人们在呼吸时吸入氧气和排出二氧化碳,但它对于讲话和唱歌也同样至关重要。“没人敢肯定呼吸系统一开始是为讲话而生的,”Rial说。

睡眠影响着身体各个重要系统

因为睡眠有这么多好处,所以找出睡眠起源的驱动因素(一个或多个)绝非易事。

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这只箱形水母属的海黄蜂看起来睡着了

睡眠影响着身体各个重要系统。Walker说,减少睡眠,则煎熬的不止是你的大脑:生殖系统新陈代谢、心血管、体温调节以及免疫系统都会受到影响。原则上来说,任何一个器官系统因睡眠而受益,反过来都有可能驱动睡眠的演进。

身体的各个系统在清醒的时候处在压力之下,睡眠正是一个对其进行修复的状态

我们曾问过这样的问题:“睡觉有怎样的好处或功能?”Walker说。“现在我们要将这个问题倒过来,即有什么好处不是睡眠带来的,或着有什么坏处不是因睡眠不足导致的。目前看来,这个答案是否。”

幸运的是,地球仍然是最早的动物群体的家园。我们尚且能够研究这些原始的动物,也能揭示睡眠的起源,Allada说。

“即使是单细胞生物,至少那些生命超过24小时的,线索或许就在它们身上。它们具有我们所说的被动和主动细胞活动的阶段,”Walker说。“说不定这就是睡眠的前体。”

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所有的哺乳动物都需要睡觉,尤其是猫科动物

Walker给出了最终的想法。“这一观点其实已经有研究人员给出了,不过:我们有可能完全问错了问题。”

睡眠是生命的起始阶段,觉醒是从睡眠中发生的

所有关于睡眠的解释都可归结于此:身体的各个系统在清醒的时候处在压力之下,睡眠正是一个对其进行修复的状态。该争论的应该是哪个系统才是最关键的。

但是你可以回到这个争论的开头,提出这样一个问题:既然睡眠这么百益而无一害,那为什么动物们还是会醒过来。说不定清醒的(有害)状态才应该是进化的一个谜,而不是睡眠。

“我们不妨这样假设:睡眠是生命的起始阶段,觉醒是从睡眠中发生的,”Walker说,“或许这个假设很荒谬——但是谁又说得定呢。”

本文译自 BBC,由译者 放学回家 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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