我們為什麼睡覺？

本文發表在《大眾科學》的前部落格網路中，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點

嘗試向一個外星人解釋我們為什麼睡覺。盡你所能。

“嗯，我們累了。我們的大腦需要休息。”

“我明白了。那麼，你在休息時會找到另一種自我保護的方式嗎？”

關於支援科學新聞

如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。

“嗯… 不。我們的身體會癱瘓，我們會失去意識。”

一陣尷尬的沉默。外星人歪著頭，假裝理解。

“但是！我們有時會做夢！”

“做夢？”

盲目地，你沒有意識到自己聽起來有多麼荒謬，你以空前的速度和節奏繼續說道：“是的！夢是從思想中投射到思想中的奇幻故事，有時會混雜著已經發生過的事情！”

你喘了口氣，傻傻地笑了。

“而且… 這有助於生存？”

“嗯… 不。有時內容會讓我們在清醒的生活中感到困惑，”你突然意識到。

外星人沉默地眨了幾下眼睛，皺著他的非眉毛

“讓我看看我是否理解。你們的物種會花費他們三分之一的生命癱瘓地觀看奇幻電影？”

可以合理地假設，在這種令人不適的對話中，人類註定要失敗，而外星人會在我們存在這種看似徒勞的無能為力的階段計劃他們的隱秘攻擊。

但睡眠並非徒勞。事實上，關於睡眠的理論斷言其在為身體細胞補充能量、清除大腦中的廢物以及支援學習和記憶方面的作用。它甚至可以調節情緒、食慾和性慾。然而，當我們頭觸枕頭時，我們的頭腦中究竟發生了什麼？外星人，你還有一些東西需要學習。

關於我們為什麼睡覺的思考自有記載的歷史以來就存在了。大約 2000 年前，第一位“原子論者”留基伯描述了睡眠，認為當“細紋理原子的排洩超過精神熱量的增加”時，身體就會發生睡眠。奇幻的。

另一位著名的古代人盧克萊修認為，睡眠是由於精神受到神秘空氣粒子的攻擊和削弱而進入衰老狀態引起的。荒謬的。最後，亞里士多德將睡眠和清醒區分開來，認為它們是兩種截然相反的現象，其特徵是感知是否存在。說對了。他指出：“睡眠是由攝入食物的撥出物引起的，這些撥出物會使血液變稠並加熱，上升到大腦，在那裡它們會冷卻，然後在心臟中結合。”

嗯，至少他大腦的部分是對的。實際上，測量腦電波的腦電圖 (EEG) 資料已將睡眠分為兩種狀態：非快速眼動 (或 NREM，進一步分為 S1、S2、S3 和 S4 期) 和快速眼動，它們在夜間每 90 分鐘重複幾次。

當被睡意襲來但仍處於清醒狀態時，腦電波會變慢，高度 (振幅) 增加，並且會變得更加同步 (α 波)。睡眠的第一個正式階段充當清醒和睡眠之間的過渡，其特徵是 θ 波，其數量 (頻率) 甚至更慢，並且振幅大於 α 波。許多睡眠不足的人會經歷微睡眠（令人恐懼的是，在駕駛時！），這是持續一秒鐘的臨時睡眠發作，其中 θ 波取代了 α 波活動。大多數人甚至沒有意識到自己睡著了。

在第二階段睡眠期間，θ 波活動繼續，夾雜著丘腦（大腦中調節睡眠的區域）和皮質其餘部分之間的振盪。第一階段和第二階段是相對“輕”的睡眠階段，很容易醒來，並且睡眠者可能根本沒有意識到自己睡著了。

接下來是第三階段和第四階段，其特徵是 δ 波，最慢和最高振幅的腦電波，最不像清醒時的腦電波。由於 δ 睡眠是最深的睡眠，因此它是最難喚醒睡眠者的階段，當他們被喚醒時，他們通常會感到睏倦和迷失方向。有趣的是，在 δ 睡眠期間最有可能發生夢遊和說夢話。

在非快速眼動睡眠期間，感覺資訊繼續以與清醒時大腦相似的方式傳輸和編碼，尤其是在感覺皮質水平上。隨著睡眠的進行，反應性和意識降低。知覺活動逐漸變得自主。思維專注於內部，並且受外部環境輸入的約束越來越少。

在檢查靜息狀態網路（同步啟用的大腦區域網路）的分析中可視化了這種模式。資料顯示，有兩個網路與清醒時類似地保持活躍：預設模式網路和感覺運動網路。預設模式網路在自我產生的思想 (白日夢) 期間啟用，而感覺網路在刺激感知期間啟用。與中央執行網路的連線減少（圖 1），該網路在更高階處理（例如抑制）期間活躍，從而使思維自由漫遊，並建立不合邏輯的場景，例如由鉑金美女皇后養育的龍在地球上漫遊。

最後，弗洛伊德最感興趣的一個：快速眼動。這個階段的名稱來自伴隨它的快速眼球運動 (Rapid Eye Movement)。有趣的是，它的特徵還在於肌肉張力的突然和急劇喪失，實際上是癱瘓。重要的是，它在神經學上與清醒相同（不同步的腦電波），並且還以血壓、心率和整體呼吸頻率的可變變化為特徵。當然，還有夢。

柏拉圖是第一個在心理上思考夢境的人，他指出：“在我們所有人中，即使是最受人尊敬的人，也有一種無法無天的野獸本性，它在睡眠中窺視。”這預示了弗洛伊德的夢境願望實現理論，但並沒有在神經學上解釋馬丁·路德·金在 1963 年擁有的東西。

首先，夢不是幻覺。雖然它們與精神分裂症等臨床疾病有一些共同特徵，但幻覺是由全腦啟用定義的。它們是投射到現實上的真實的電影，個人可以很好地記住。相比之下，夢的特徵是初級和次級感覺皮質啟用，以及前額皮質（抑制等重要的高階功能守門人）的招募中斷。如果夢境中含有高度的情感內容，那麼邊緣系統也會受到影響。

至關重要的是，前額功能的缺乏為自我意識的降低和怪異的夢境內容打開了閘門，同時限制了任何傳入資訊並建立了一個封閉的自我包含的夢境迴圈。赫拉克利特最富有詩意地描述了這一點，他在他的名言中評論了夢境的主觀性，“對於那些清醒的人來說，存在一個單一的、共同的宇宙，而在睡眠中，每個人都轉向他自己的私人宇宙。”

關於清醒夢的說明 - 意識到你正在做夢。一些研究發現，與正常的快速眼動睡眠相比，在清醒夢期間前額葉皮質的啟用增加。該區域的典型去啟用導致了在夢中（如果在醒來時記得）有時會經歷的在社交上不適當的行為和無法進行邏輯推理。

如果你不記得自己的夢，你總是可以在谷歌上搜索它們。說真的。谷歌人工神經網路就像一個計算機大腦，其靈感來自動物的中樞神經系統。當被賦予自由地從白噪聲中建立影像時，它會輸出美麗、複雜、類似埃舍爾的影像，谷歌工程師稱之為“人工智慧夢想”。神經網路的夢想被用來理解計算機如何理解無意義或學習。

我們已經到達了外星人最初的問題：“但是我們為什麼要睡覺？”最簡單的答案是，我們還不清楚，但理論比比皆是。一種理論認為睡眠在記憶鞏固中起著重要作用，也就是說，記憶的永續性。研究表明，快速眼動睡眠會加強儲存過去記憶的較弱的神經迴路，以使其為未來的認知處理做好準備，此外還會過濾掉不必要的記憶。Poe 等人 (2014) 的一項研究明確指出：“證據表明，突觸迴路的整體功能是為了給記憶增加定義並整合記憶，從而將它們與清醒時引入突觸權重的噪聲區分開來。”

它被稱為“突觸穩態假說”，表明在睡眠期間，整個大腦中的連線（突觸）廣泛減弱。據認為，這可以抵消我們在清醒時學習過程中發生的連線的整體增強。透過修剪掉多餘的連線，睡眠可以有效地“清空”，以便我們第二天再次學習。在某些情況下，干擾這種縮小過程可能會導致更強烈（並且可能是不需要的）的記憶。

另一種理論，由於外星人似乎沒有留下深刻印象，認為睡眠是恢復性的：它可以沖洗掉毒素。在睡眠期間，腦細胞之間的空間會增加，從而使有毒蛋白質被沖洗掉。透過清除大腦中的這些毒素，睡眠有可能可以避免阿爾茨海默病等神經退行性疾病。實際上，在 2013 年 10 月份的《科學》雜誌上，研究人員發表了一項研究結果，表明大腦利用睡眠來沖洗掉毒素。他們認為，這種廢物清除系統是我們睡覺的主要原因之一。 

雖然我們沒有對睡眠功能做出精確的總體定義，但它會影響不同的生理和心理目的，包括清理大腦毒素並將資訊整合到記憶中，因此有可能可以使用這些理論中的每一個來解釋我們為什麼睡覺；我們只是還沒有解決這個問題。饒了我們吧，外星人，我們大部分時間都在睡覺。