睡覺，用半個大腦就夠了？

“夜晚的睡眠并不屬于我們，亦不為我們所擁有。睡夢中的我們成為了幽靈的寄宿所，而在清晨蘇醒時必須將它們趕走。”——Gaston Bachelard，法國哲學家，1960年。

無論是蒼蠅、鳥、老鼠、狗、猴子，還是我們人類都需要睡眠。也就是說，動物每天都會經歷相對平靜的階段，對外界的刺激，如光、聲、觸碰等缺少反應。對外部事件不敏感使睡眠不同于靜息狀態，而能從沉睡中醒過來，又使睡眠區別于昏迷狀態。盡管睡眠會使個體無法應對潛在威脅，但為何這種獨特的行為仍普遍存在于動物界的日常生活中？原因不得而知。

不過，在過去一個世紀，由于記錄大腦（在頭骨表面進行的腦電掃描，即EEG）、眼部（眼電描記術，即 EOG）、臉部及其他部位肌肉（肌電描記術，即 EMG）電活動的各種技術的發展，使人們對睡眠狀態下大腦的生理機能和功能的描述取得了很大進步。科學家同時利用這三種測量方法成功實現了對睡眠狀態的操作定義，并得出了一些意外的、反常識的見解。

就算沒有這些技術手段，我們也都知道一些睡眠的基本常識。睡眠對于大腦的正常運轉至關重要，大多數人都有熬通宵或失眠的經歷，這樣一夜過去我們就會變得煩躁易怒、昏昏沉沉，面對需要長時間集中注意力的任務時顯得力不從心。事實上，睡眠缺乏造成了大量交通事故——這也是國家法律規定了卡車司機連續駕駛不得超過多少小時、停車休息不得少于多少時間的原因。

睡眠主要是為了大腦，而不是身體。不然的話，我們大可花八個小時躺在床上看喜歡的電視劇來替代睡眠。所以，我們需要觀察睡眠狀態下的大腦，更好地了解睡眠——這個占據了我們一生三分之一時間的狀態——的原理和機制。

睡眠研究

1953年迎來了睡眠科學研究的一項里程碑。在這一年，芝加哥大學的Eugene Aserinsky和Nathaniel Kleitman發現了之前沒有人注意到的兩種不同形式睡眠的差異：快速眼動（rapid eye movement, REM）睡眠和非快速眼動（non-REM, NREM）睡眠。被試者從清醒狀態進入其中一種睡眠狀態前，他們頭皮上的EEG電極記錄到的腦電波呈現出一種典型的電活動模式，即低幅高頻信號，同時肌電圖顯示其肌張力提高（見上圖）。

隨著被試者睡著依次進入較淺和較深的NREM階段，也就是通常所說的深睡眠階段，他們的腦電波頻率逐漸減慢，而幅度增加。此時，作為清醒標志的眼動完全停止，肌張力也逐漸減弱。睡眠程度的加深，是由喚醒睡眠者的難度和腦電指標來判定的。上半夜最安適的睡眠階段中，EEG由低頻的高幅波（或振動）主導。而直接從顱內大腦新皮質中單個神經元記錄的電信號顯示，人清醒時，細胞處于規律放電期，發出一連串“全或無”模式的電脈沖（稱為尖峰脈沖）。當神經元進入靜息狀態時，電脈沖轉入間歇期。放電期和間歇期交替及其相關的EEG慢波，術語稱為慢波活動（slow-waveactivity , SWA），發生的頻率從四秒一次到一秒四次不等（即0.25~4赫茲）。

NREM階段的睡眠中會穿插短暫的REM階段。在REM階段，腦電圖呈現出完全不同的模式：高幅低頻慢波變成了表面上很像清醒大腦發出的高頻低幅波。新皮質單個神經元上同樣記錄到了矛盾的電活動：其放電強度和白天相同。除呼吸肌運動外，所有肌張力消失，整個身體實際上是“癱瘓”的。快速、不穩定、兩眼對稱的眼動現象正是這一階段名稱的由來。

腦電圖活動。圖片來源：Alamy圖片庫，作者NataliaPryanishnikova

一夜中的大部分睡眠時間是在NREM階段度過的，而恢復精力效果最好的深度睡眠階段和與之相關的慢波活動（SWA）占整夜睡眠的20%~25%。SWA是由自我平衡控制的，也就是說，白天個體清醒的時間越長，當晚睡眠越深，SWA越頻繁。反之，早上睡眠壓力減少時，SWA會減少，睡眠也會變得更淺。同樣，午睡也會減少夜里的慢波活動。

如今市場上銷售的一些設備在頭戴式耳機中播放與SWA頻率相同的輕柔旋律，使人更容易進入深度睡眠，達到更好睡眠效果。

半個大腦值班

過去，人類的深度睡眠一直被認為是整個大腦參與的：人要么睡著，要么醒著，兩種狀態不能同時發生。換句話說，人類的大腦要么處于以SWA為標志的深度睡眠中，要么處于清醒狀態，不可能同時處于兩種狀態。然而，一些鳥類和水生哺乳動物，例如海豚和鯨身上，人們發現了明顯的半球慢波睡眠現象：它們有半個大腦處于清醒狀態，能夠保持一只眼睛睜開，而另一半大腦則顯示出了睡眠的電活動特征。這很有可能是一種保護機制，使在飛行或游動的動物能用一個腦半球監測環境中的潛在威脅，另一個半球則得到一定的休息。

如今，這種半睡眠現象在人類身上也發現了（更多針對睡眠本身，而不是睜一只眼睛的情況）。經常旅行的人會很了解“第一晚效應”，即在不熟悉的地方，不管是旅店，朋友家里，還是帳篷里，第一晚都很難入睡。我們難以拋開雜念，醒來的時候則會體乏無力。布朗大學的一支由Yuka Sasaki和Takeo Watanabe領導的團隊著手調查了這一現象。

11名健康志愿者在一部能記錄大腦微弱磁場變化的神經成像掃描儀中睡了兩晚。科學家以慢波活動為重點，測量了志愿者大腦左右半球各四個神經網絡中慢波活動的強度。有趣的是，他們發現在第一晚，左大腦皮層的默認模式網絡（一系列與走神和空想等現象有關的相互作用的腦區）的SWA要比右大腦皮層弱，而第二晚這種不平衡的現象就消失了。此外，SWA的模式越不對稱，被試者就要花更長的時間睡著。實際上，大腦左半球的一部分在第一晚“睡”得沒有右半球深。

為了測試/著手左半球在不熟悉環境中的警醒程度，研究團隊招募了另外13名被試者，通過耳機向他們播放聲音。這些音調大多是一樣的，但在極個別情況下會聽到一個不同的音調，如：嘀、嘀、嘀、噠、滴、滴。這個異常的音調會吸引被試者注意，產生特定電信號。當這個新異音調在左耳播放，信號就會傳播到右半球大腦皮層，同時在皮層上產生警醒的特征反應。

第一晚，左半球會對新異/異常音調產生比右半球更強烈的警醒反應。這種警醒反應會導致左半球會比右半球更頻繁地被喚醒（以EEG標準定義）。

在掃描儀里的第二階段，左半球和右半球對于新異/異常音調的反應都很微弱，并且跟對于重復音調的反應處于同一水平。如果左半球網絡擔任的是睡眠者的守夜人，那么一個由左半球（通過右耳）發現的異常事件應當會比由右半球（通過左耳）發現的事件引起更快的反應。這一設想在第三組的11個志愿者中得到了驗證：在掃描儀中他們被要求無論何時聽到新異音調，都要輕敲他們的手指（這顯然不像是最適合休息的睡眠方式；同時也不允許他們攝入咖啡因或酒精飲料，或是在白天小憩）。結果表明，第一晚由右耳傳播到左腦半球的聲音更有可能引起喚醒，這種左右腦的不對稱現象在第二晚消失。除此之外，左腦產生對聲音的喚醒反應要比右腦快。

簡言之，在陌生環境中睡覺時，左半球比右半球的腦皮層會更加“警覺”，并對外界刺激產生更快更強烈的反應。從進化角度看，這種反應有著至關重要的意義。在睡眠時，有個哨兵（這里指左腦皮層的默認模式網絡）來監視未知環境中的威脅因素是很重要的。人類的大腦被賦予了一種類似鳥類和其他哺乳動物（但沒那么徹底）的半睡眠模式。人們在熟悉的環境中睡眠質量更好。

當有人與我們同床共枕時，不管是配偶，伴侶還是孩子，這都是我們睡眠環境中最重要的社會因素。我估計，當我們第一次獨自入睡時，盡管在熟悉的臥室中，左腦半球也會變得更加“警覺”。它知道少了什么，所以我們也會睡得不那么安穩了。

翻譯：史博皓審稿：林然

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