解開睡眠的秘密：我們為什么需要睡眠？

在筑波大學國際綜合睡眠醫科學研究機構外，濃烈的木樨噴鼻滿盈在空氣中，金色的大蜘蛛在灌木叢中織網。兩個頭戴平安帽的男士在大門邊一邊咕噥，一邊將粘合劑粘到石板色墻上。可以看出這棟大樓方才完工，乃至于他們還在張貼指示標記。

研究所當作立已有五年時候，樓還很新，卻吸引了約120名從瑞士到中國的研究者來到這里，他們的研究涵蓋從肺病學到化學的各個范疇。在東京往海說神聊約1小時車程的筑波大學，依靠日本當局和其他來歷的幫助，研究所本家兒任柳澤正史（Masashi Yanagisawa，柳沢正史）成立了一個旨在研究睡眠的根基生物機制的嘗試室，他的研究與對睡眠問題的當作因和療法的本家兒流研究不盡不異。在這里能看到一間間裝滿閃亮儀器的房子，熟睡在箱子里的小鼠和依靠螺旋樓梯毗連的通風的工作間。這里所有的資本都是為了探討生物需要睡眠的原因。

當我們問研究者這一問題并當真聽他們的回覆時，會發現此中蘊含著對研究的敬畏感和挫折感。在某種水平上，我們將驚奇于睡眠的遍及性：在生物激烈的保存競爭中，歷經多個宿世紀的流血、滅亡和爭斗，無數生物都需要睡個漫長的好覺。這似乎對生物之后的斗爭沒有益處。睡眠這一極具風險的習慣是如斯的平常和持續。這也就意味著非論睡眠時發生了什么，它必定是那時最為主要的勾當。非論睡眠對睡眠者有什么感化，它必定是值得睡眠者為此支出滅亡風險的，一次又一次，持續平生。

_{—柳澤正史（Masashi Yanagisawa）}

睡眠壓力

睡眠的具體效益依舊當作謎，這一未知始終貫串于很多生物學家的糊口。在筑波的一個雨夜，研究所的一隊科學家堆積在居酒屋，僅僅閑聊半小時后，睡眠研究就又當作了話題中間。

“即使一個小小的水母在被強迫清醒更多時候后，也需要更多的睡眠。”一位研究員贊嘆道（參考自一篇新論文，在這論文里，小水母被水流不竭強迫推離它們的位置以連結清醒）。

“還有一篇關于鴿子的研究，您讀了這篇文章嗎？”另一位研究員問道。

研究員們一致認為這些談話很是有趣。在桌子上，蔬菜和海鮮天配偶羅已經變涼了。比擬于睡眠問題，研究員們已經忘了這些菜肴。

尤為出格的是，睡眠抵償現象不僅呈現在水母和人類身上，而是整個動物王國。研究者們試圖借此探討關于睡眠的更重大的問題。很多研究者認為，探討睡眠當作因有助于我們理解睡眠的功能。

生物學家們將睡眠抵償現象稱為“睡眠壓力”：睡得太晚導致睡眠壓力。在晚上的時辰感受昏昏欲睡？當然了，當您清醒了一天，您已經在堆集睡眠壓力！但就像“暗物質（指代那些素質不明的事物）”，您越花時候思慮睡眠壓力，它越像托爾金的謎語游戲（譯者注：指《霍比特人》中比爾博和咕嚕的猜謎）：是什么工具在清醒的時辰成立，在睡眠的時辰分離？是計時器嗎？是一個天天堆集并需要被沖走的分子嗎？這一鎖在腦室中，期待每晚被擦去的計時器事實是什么？

“是什么如斯主要，以至于您甘愿冒著被吃失落的風險，以及拋卻進食和生殖呢？

睡眠壓力的生物學研究早在一個多宿世紀以前就已經起頭了。在浩繁知名的嘗試中，一位法國科學家讓一只狗清醒了跨越10天時候。然后，他把從這只狗的大腦中抽取的液體打針到一只正常作息的狗的大腦中，原本作息正常的狗很快就入睡了。這表白在液體中存在著某物質，它在睡眠褫奪環境下堆集并使得狗快速入睡。嘗試的目標恰是為了該物質，它就像睡眠之神的小輔佐和電燈開關上的手指。當然，對這一催眠素（hypnotoxin，法國研究者對這一物質的稱號）的探討將揭示動物睡眠的原因。

尋找睡眠誘導物質

在二十宿世紀上半葉，一些研究者起頭將電極放到人類被試的頭皮上，以期可以或許摸索睡眠者頭骨內的大腦信息。

憑借腦電圖，研究者們發現大腦在睡眠時有清楚的勾當路徑，與我們所想的平穩狀況判然不同。當我們閉上眼睛加深呼吸，腦電圖顯示腦波從清醒狀況的嚴重激烈改變為睡眠早期狀況的長又遲緩。大約35-40分鐘今后，新陳代謝變緩，呼吸也加倍遲緩，睡眠者就很難被喚醒了。過了一段時候后，大腦似乎翻轉了開關，腦電波又變得短而急促。這一狀況被稱為快速眼動相（以下簡稱REM），REM是夢發生的階段（對REM的一個早期研究發現，不雅察嬰兒眼瞼下的眼動狀況可以或許展望他何時醒來）。人們會不竭反復上述的睡眠輪回，直到在某一段REM后醒來。此時，他們滿腦子都是有同黨的魚和不記得曲調的歌聲。

睡眠壓力會改變這些腦波。被試被褫奪的睡眠時候越長，其REM前的慢波將更大。在那些被褫奪了睡眠并戴上電極的生物中（包羅鳥、海豹、貓、倉鼠和海豚），也遍及呈現了這種現象。

若是您需要更多的證據來證實睡眠（具有特異的多階段布局且會用荒謬事物填充您的大腦）并不是一種消極的保留能量的狀況，那么可以借鑒下金倉鼠們。科學家們發現，它們多次從蟄伏中醒來進行真正的睡眠。無論它們從睡眠中具體獲得了什么，這些收成都是無法從蟄伏中獲得的。盡管（在蟄伏中）它們盡可能減緩了身體的各項勾當，睡眠壓力依舊積攢起來。“我想知道的是，為什么這一腦勾當是如斯的主要？” 筑波大學新研究所的研究員之一卡斯珀·沃格特（Kasper Vogt）說道，“是什么如斯主要以至于您冒著被吃失落的風險，而且拋卻了進食和滋生進行睡眠？”

對催眠素的尋找不克不及說是不當作功的。研究發現了幾個導致睡眠的物質，包羅一種叫做腺苷（adenosine）的分子。當大鼠醒著的時辰，這一分子似乎會在大腦的某些區域呈現，然后在大鼠睡著的時辰消逝。腺苷是極其有趣的，因為腺苷受體似乎是咖啡因起感化的處所。當咖啡因同腺苷受體連系時，腺苷就不克不及與腺苷受體連系。這就是咖啡因可以或許防止您昏昏欲睡的原因。可是對催眠素的研究并不克不及完全詮釋身體是若何記實睡眠壓力的。

舉個例子來說，若是是腺苷使我們從清醒到入睡，那么腺苷是從哪里來的呢？有人說腺苷來自于神經，有人說它是另一種腦細胞。但并沒有一致的成果。無論若何，“這底子與存儲信息無關，” 柳澤正史說道。也就是說，這些物質自己并不存儲睡眠壓力相關的信息。它們只是對睡眠壓力的一種反映。

睡眠誘導物質可能來自于成立神經元之間新聯系的過程之中。齊亞拉·西雷爾（Chiara Cirel）和朱利奧·托諾尼（Giulio Tononi）是威斯康星大學的睡眠研究員，他們認為既然我們的大腦在清醒時成立神經聯系，或者說突觸間的聯系，那么有可能在睡眠時大腦在削減那些不主要的聯系，如一些與其他聯系不合適或不克不及幫忙理解宿世界的記憶或形象。托諾尼猜測，“睡眠是一種解脫無用記憶的體例，這一體例對大腦是有益的。”另一個研究團隊發現，有一種卵白質進入到幾乎不消的突觸間來粉碎它們，而這種行為發生的時候恰是高腺苷程度的時辰。也許睡眠時候就是這一清理過程發生的時辰。

睡眠的機制

對睡眠若何工作的研究依舊有很多謎團，研究者們正盡力從其他角度探尋睡眠壓力和睡眠的底層機制。

筑波大學的一個研究團隊在林勇（Yu Hayashi）的率領下，摧毀了一組小鼠的腦細胞。這一過程帶來了令人驚喜的當作果。經由過程褫奪小鼠的睡眠，尤其是快速眼動睡眠，即不竭在小鼠快睡著的時辰把小鼠搖醒（就像被嬰兒哭鬧聲吵醒的怙恃們），堆集大量快速眼動睡眠壓力。這就意味著小鼠必需鄙人一輪睡眠時抵償這些被褫奪的睡眠。可是，沒有了這些被摧毀的腦細胞，小鼠可以跳過快速眼動睡眠，即不必耽誤睡眠時候。這些小鼠是否完全無損地離開了睡眠抵償仍然未能定論，研究團隊測試的是快速眼動睡眠是若何影響小鼠在認知考試上的表示的。可是，這一研究發現了快速眼動睡眠相關的區域，這些細胞或這些細胞所屬的神經回路可能記實了睡眠壓力。

_{—筑波大學國際綜合睡眠醫科學研究機構}

柳澤正史老是偏好大項目，如掃描當作千上萬的卵白質和細胞受體來不雅察它們做了什么。事實上，20年前的一個項目將他帶入了睡眠科學研究。他和他的合作者們，在發現了一種被他們定名為阿立新（orexin）的神經遞質后，熟悉到小鼠在掉去這一遞質后持續解體的原因在于它們睡著了。這種神經遞質在患有嗜睡癥的人身上被證實是不存在的，他們不克不及生當作這一神經遞質。這一發現有助于激發對這一狀況的根本研究。事實上，筑波大學的一隊化學家們正與藥物公司合作探討阿立新近似物的治療潛能。

“我們相信，SIK3是睡眠機制中的一大主要身分。

比來，柳澤正史和他的合作者們正在進行一個規模復雜的掃描項目，期望能辨別出睡眠相關的基因。項目里的每一只小鼠都表露在一種能引起變異的物質中，并配有專屬的腦電圖傳感器。它們蜷縮在木屑堆里堆集睡眠壓力，并由機械記實其腦電波。至今為止，已經不雅察了8000多只小鼠的睡眠環境。

當小鼠的睡眠狀況異常時，即小鼠經常醒來或睡太久時，研究者們將深切研究其基因組。若是有任何一處變異可能是它的當作因，研究者將改變小鼠的這一基因布局來研究為什么這一變異影響了睡眠。很多卓有當作就的研究者們用同樣的方式研究果蠅等生物，并取得了龐大前進。比力而言，盡管對小鼠的研究破費龐大，但其益處在于可以像人類被試一樣進行腦電圖的研究。

幾年以前，柳澤正史的研究團隊發現，一只小鼠似乎無法解脫它的睡眠壓力。它的腦電圖顯示它的平生都處于昏昏欲睡的怠倦狀況，即使改變了變異基因也沒有緩解這一癥狀。“這一變異體相較正常小鼠具有更高振幅的睡眠波。它一向處于睡眠褫奪的狀況。”柳澤正史說道。這一變異發生在SIK3基因上。變異體醒的時候越長，SIK3卵白質就堆集更多的化學標簽。在2016年，研究者們將SIK3的發現與另一睡眠變異一同頒發到《天然》雜志上。

盡管SIK3與睡眠的具體聯系依舊不了了，但酶上堆集的標簽（如同沙漏里的沙一點點流標的目的底部）就已經讓研究者們興奮了。

當研究者們更深切睡眠這一謎題時，這些發現照亮了前路。它們是若何聯系的？它們是若何合作以起到更高文用的？這些問題依舊沒有謎底。研究者們但愿謎底能在兩年內解開。在上述故事里，在國際綜合睡眠醫科學研究機構，小鼠們在一排排塑料箱里進行著它們的工作——醒來又睡去。在它們的大腦里，也在我們的大腦里，鎖著一個奧秘。

_{作者：VERONIQUE GREENWOOD}封面：Davide Bonazzi

翻譯：純牛奶太甜

_{校對：tangcubibi，EON}

_編纂：EON

_{原文：https://www.theatlantic.com/science/archive/2018/01/the-mystery-of-sleep-pressure/549473/}