睡眠期間大腦會發生什麼?

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John Peever,多倫多大學系統神經生物學實驗室主任,以及Brian J. Murray,森尼布魯克健康科學中心睡眠實驗室主任,回覆

睡眠的功能困擾了科學家數千年,但現代研究正在為睡眠對身心所起的作用提供新的線索。睡眠有助於為身體細胞補充能量,清除大腦中的廢物,並支援學習和記憶。它甚至在調節情緒、食慾和性慾方面也起著至關重要的作用。

睡眠是我們生活中不可或缺的一部分,正如研究表明的那樣,它非常複雜。大腦會產生兩種截然不同的睡眠型別——慢波睡眠 (SWS),也稱為深度睡眠,以及快速眼動 (REM),也稱為做夢睡眠。我們大部分的睡眠都是 SWS 型別,其特徵是大而慢的腦電波、放鬆的肌肉和緩慢而深沉的呼吸,這可能有助於大腦和身體在漫長的一天後恢復。


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當我們入睡時,大腦並不僅僅像常用短語“熄燈”所暗示的那樣離線。相反,一系列精心策劃的事件使大腦分階段進入睡眠狀態。從技術上講,睡眠始於產生 SWS 的大腦區域。科學家現在有確鑿的證據表明,兩組細胞——下丘腦的腹外側視前核和腦幹的臂旁區——參與了促發 SWS。當這些細胞開啟時,就會引發意識喪失。

在 SWS 之後,REM 睡眠開始。這種模式很奇怪:做夢者的大腦變得高度活躍,而身體的肌肉卻處於麻痺狀態,呼吸和心率變得不規律。儘管我們對 REM 睡眠的生物化學和神經生物學的理解不斷加深,但 REM 睡眠的目的仍然是一個生物學之謎。

我們確實知道,腦幹中稱為藍斑下核的一小群細胞控制著 REM 睡眠。當這些細胞受傷或患病時,人們不會經歷與 REM 睡眠相關的肌肉麻痺,這可能導致 REM 睡眠行為障礙——一種嚴重的疾病,患有這種疾病的人會猛烈地將夢境表現出來。

SA Mind 第 26 卷第 5 期本文最初以“睡眠期間大腦會發生什麼?”為標題發表於SA Mind 第 26 卷第 5 期(),第 70 頁
doi:10.1038/scientificamericanmind0915-70a
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