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                      我們為什么需要睡眠?

                      來源: 作者: 發布日期:2019-09-18 訪問次數:463
                      我們為什么需要睡眠?

                      在日本一個嶄新的實驗室里,一支國際化的科研團隊正在探究睡眠之謎。

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                      封面:Davide Bonazzi

                      在筑波大學國際綜合睡眠醫科學研究機構外,濃郁的桂花香彌漫在空氣中,金色的大蜘蛛在灌木叢中織網。兩個頭戴安全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??梢钥闯鲞@棟大樓剛剛竣工,以致于他們還在張貼指示標志。

                      研究所成立已有五年時間,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領域。在東京往北約1小時車程的筑波大學,依靠日本政府和其他來源的資助,研究所主任柳沢正史(Masashi Yanagisawa,柳沢正史)建立了一個旨在研究睡眠的基本生物機制的實驗室,他的研究與對睡眠問題的成因和療法的主流研究不盡相同。在這里能看到一間間裝滿閃亮儀器的屋子,熟睡在箱子里的小鼠和依靠螺旋樓梯連接的通風的工作間。這里所有的資源都是為了探究生物需要睡眠的原因。

                      當我們問研究者這一問題并認真聽他們的回答時,會發現其中蘊含著對研究的敬畏感和挫折感。在某種程度上,我們將驚訝于睡眠的普遍性:在生物激烈的生存競爭中,歷經多個世紀的流血、死亡和爭斗,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此的尋常和持續。這也就意味著不論睡眠時發生了什么,它必定是當時最為重要的活動。不論睡眠對睡眠者有什么作用,它必定是值得睡眠者為此付出死亡風險的,一次又一次,持續一生。


                      睡眠壓力

                      睡眠的具體效益依舊成謎,這一未知始終貫穿于許多生物學家的生活。在筑波的一個雨夜,研究所的一隊科學家聚集在居酒屋,僅僅閑聊半小時后,睡眠研究就又成了話題中心。

                      “即使一個小小的水母在被強迫清醒更多時間后,也需要更多的睡眠?!?/span>一位研究員驚嘆道(參考自一篇新論文,在這論文里,小水母被水流不斷強迫推離它們的位置以保持清醒)。

                      “還有一篇關于鴿子的研究,你讀了這篇文章嗎?”另一位研究員問道。

                      研究員們一致認為這些談話非常有趣。桌子上,蔬菜和海鮮天婦羅已經變涼了。但是相比于睡眠問題,研究員們已經忘了這些菜肴。

                      尤為特別的是,睡眠補償現象不僅出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究關于睡眠的更重大的問題。許多研究者認為,探究睡眠成因有助于我們理解睡眠的功能。

                      生物學家們將睡眠補償現象稱為“睡眠壓力”:睡得太晚導致睡眠壓力。在晚上的時候感覺昏昏欲睡?當然了,當你清醒了一天,你已經在積累睡眠壓力!但就像“暗物質(指代那些本質不明的事物)”,你越花時間思考睡眠壓力,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):是什么東西在清醒的時候建立,在睡眠的時候分散?是計時器嗎?是一個每天積累并需要被沖走的分子嗎?這一鎖在腦室中,等待每晚被擦去的計時器究竟是什么?

                      是什么如此重要,以至于你寧愿冒著被吃掉的風險,以及放棄進食和生殖呢?

                      睡眠壓力的生物學研究早在一個多世紀以前就已經開始了。在眾多知名的實驗中,一位法國科學家讓一只狗清醒了超過10天時間。然后,他把從這只狗的大腦中抽取的液體注射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。這表明在液體中存在著某物質,它在睡眠剝奪情況下積累并使得狗快速入睡。實驗的目的正是為了該物質,它就像睡眠之神的小幫手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呼)的探究將揭示動物睡眠的原因。

                      尋找睡眠誘導物質  ~ 本草音樂(藥)像藥物一樣有味道!

                      在二十世紀上半葉,一些研究者開始將電極放到人類被試的頭皮上,以期能夠探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晰的活動路徑,與我們所想的平穩狀態截然不同。當我們閉上眼睛加深呼吸,腦電圖顯示腦波從清醒狀態的緊張激烈轉變為睡眠早期狀態的長又緩慢。大約35-40分鐘以后,新陳代謝變緩,呼吸也更加緩慢,睡眠者就很難被叫醒了。過了一段時間后,大腦似乎翻轉了開關,腦電波又變得短而急促。這一狀態被稱為快速眼動相(以下簡稱REM),REM是夢發生的階段(對REM的一個早期研究發現,觀察嬰兒眼瞼下的眼動狀況能夠預測他何時醒來)。人們會不斷重復上述的睡眠循環,直到在某一段REM后醒來。此時,他們滿腦子都是有翅膀的魚和不記得曲調的歌聲。

                      睡眠壓力會改變這些腦波。被試被剝奪的睡眠時間越長,其REM前的慢波將更大。在那些被剝奪了睡眠并戴上電極的生物中(包括鳥、海豹、貓、倉鼠和海豚),也普遍出現了這種現象。

                      如果你需要更多的證據來證明睡眠(具有特異的多階段結構且會用荒謬事物填充你的大腦)并不是一種消極的保存能量的狀態,那么可以借鑒下金倉鼠們。科學家們發現,它們多次從冬眠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,這些收獲都是無法從冬眠中獲得的。盡管(在冬眠中)它們盡可能減緩了身體的各項活動,睡眠壓力依舊積攢起來?!拔蚁胫赖氖?,為什么這一腦活動是如此的重要?” 筑波大學新研究所的研究員之一卡斯珀·沃格特(Kasper Vogt)說道,“是什么如此重要以至于你冒著被吃掉的風險,并且放棄了進食和繁殖進行睡眠?”

                      對催眠素的尋找不能說是不成功的。研究發現了幾個導致睡眠的物質,包括一種叫做腺苷(adenosine)的分子。當大鼠醒著的時候,這一分子似乎會在大腦的某些區域出現,然后在大鼠睡著的時候消失。腺苷是極其有趣的,因為腺苷受體似乎是咖啡因起作用的地方。當咖啡因同腺苷受體結合時,腺苷就不能與腺苷受體結合。這就是咖啡因能夠防止你昏昏欲睡的原因。但是對催眠素的研究并不能完全解釋身體是如何記錄睡眠壓力的。

                      舉個例子來說,如果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。但并沒有一致的結果。無論如何,“這根本與存儲信息無關,” 柳澤正史說道。也就是說,這些物質本身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應。

                      睡眠誘導物質可能來自于建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建立神經聯系,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重要的聯系,如一些與其他聯系不符合或不能幫助理解世界的記憶或形象。托諾尼推測,“睡眠是一種擺脫無用記憶的方式,這一方式對大腦是有益的?!?/span>另一個研究團隊發現,有一種蛋白質進入到幾乎不用的突觸間來破壞它們,而這種行為發生的時間正是高腺苷水平的時候。也許睡眠時間就是這一生理過程發生的時候。

                      睡眠的機制

                      對睡眠如何工作的研究依舊有許多謎團,研究者們正努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)的帶領下,摧毀了一組小鼠的腦細胞。這一過程帶來了令人驚喜的成果。通過剝奪小鼠的睡眠,尤其是快速眼動睡眠,即不斷在小鼠快睡著的時候把小鼠搖醒(就像被嬰兒哭鬧聲吵醒的父母們),積累大量快速眼動睡眠壓力。這就意味著小鼠必須在下一輪睡眠時補償這些被剝奪的睡眠。但是,沒有了這些被摧毀的腦細胞,小鼠可以跳過快速眼動睡眠,即不必延長睡眠時間。這些小鼠是否完全無損地脫離了睡眠補償仍然未能定論,研究團隊測試的是快速眼動睡眠是如何影響小鼠在認知測驗上的表現的。但是,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錄了睡眠壓力。



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