互动科普

睡眠：谜中之谜

我们至今无法准确定义睡眠，但在大脑神经元水平上的最新进展，使我们能够提出一些合理的假说。

撰文/Jerome M. Siegel

对于为什么要睡眠，我们还没有给出一个比较直接的解释。

什么样的情况叫做睡眠？

睡眠者通常变现为对环境的无意识和无动作。通常所谓的REM睡眠，暗示在睡眠中某些东西是活跃的。

睡眠究竟有什么功能？

在最近召开的一个有关睡眠的会议上，一个与会者指出睡眠的作用仍是一个未解之谜。会议主席强烈反对这种观点，然而却没有提出具体的证据来揭开睡眠之谜很明显，对于这个问题，人们仍然没有达成一致但是基于目前可以获得的证据，我仍然可以提出多数人认为合理的假说为探究睡眠的作用，方法之一就是看看如果缺少了睡眠，生理和行为会发生什么变化。十几年前，人们发现如果不让老鼠睡觉，老鼠就会死去。尽管老鼠吃得非常多，但体重仍在减轻，表明热量消耗过度。这些老鼠会在10至20天内死去，比那些睡眠正常而不吃一点东西的老鼠死得要快，其中原因仍待解释。

人类有一种罕见的被称为致死性家族性失眠症的大脑退行性疫病，患者可在数个月后死亡。目前仍然不清楚致命的原因究竟是失眠本身还是大脑共他部分的损伤。在进行剥夺睡眠的研究时发现，即使轻微减少夜间睡眠的时间，人们在白天也会睡意大增。开车或进行其他一些需要持续保持警醒的活动时，昏昏欲睡是非常危险的，这同喝酒后去做这些事没什么两样。但是，有证据表明，长期使用失眠药来延长睡眠时间，对于人们的健康也没有明显的好处，实际上可能反而会缩短人的寿命(有报告称每晚大约7小时的睡眠与长弃有一定的关系。)要彻底剥夺睡眠，需要反复进行高强度的刺激，这需要冷酷的毅力。研究人员在通过剥夺睡眠来研究睡眠的作用时，面临着如何将应激影响和失眠影响区分开的困难。

研究人员还研究了多种生物睡眠的自然习惯。对于研究睡眠的作用，一个重要的线索是不同物种所需的睡眠时间高度不同。例如负鼠一天需要睡18个小时，而大象仅需3-4小时就够了。在遗传上、生理上和行为上密切相关的物种也被认为睡眠习惯相似。对实验室、动物园以及野生的动物研究发现，睡眠的时闻与动物在分类学上的分类无关：不同灵长类动物的睡眠时间长度与啮齿类动物高度重叠，而啮齿类动物的睡眠时间长度又与食肉类动物重叠，而且许多进化次序不同的哺乳类动物会相互发生交叉。如果进化关系不能决定睡眠时间，那么又是什么决定的呢?

一个出人意料的答案是：形体的大小是决定睡眠时间的主要因素。形体较大的动物需要的睡眠时间较少。大象、长颈鹿和大的灵长类动物(例如人)需要的睡眠时间相对鞍少，老鼠、描、野鼠和其他一些小的动物需要的睡眠时间较长。很显然，这与形体小的动物比大的动物代谢率高，大脑和机体的温度高有关系。代谢是一个产生废物的过程，期间会生成自由基。自由基是一种极具活性的化学物质，可以损伤甚至杀死细胞。因此，高代谢率会造成细胞和细胞内的核酸蛋白及脂肪的损伤增高。

自由基可损伤机体的许多组织，机体可通过细胞分化产生新的细胞，来替代被损伤的细胞。然而大多数脑组织在人出生以后，分化出来的新生细胞很少(涉及学习和记忆的海马区是一个重要的例外)。在非REM睡眠期，机体代谢率和大脑温度均较低，为修复清醒时所造成的损伤提供机会。例如，酶在人体处于不活跃状态时可以更加有效地修复细胞损伤，或者新合成的结构正常的酶可以替代被自由基改变的酶。

去年，在美国加州大学洛杉矶分校，我和同事第一次证明大鼠在被完全剥夺睡眠后，直接的后果就是大脑细胞的损伤这个发现支持非REM睡眠可避免代谢损伤这一观点。

众所周知的REM睡眠又是一个谜中之谜。细胞修复的假说可以解释非REM睡眠的作用，但却不能用来解释REM睡眠。毕竟在REM睡眠期间，大多数细胞如同清醒状态一样活跃，不可能进行细胞修复在大脑中还有一群特殊的脑细胞．其行为与REM睡眠时大多数细胞的活跃状态相反REM睡眠研究领域的人对这群细胞尤其感兴趣。如前所述，在REM睡眠期间，某些神经递质停止释放，从而使肢体不能活动，并降低对外环境的感知。

1988年，我和美国卫生研究院的Michael Rogawski曾猜测，这些神经递质停止释放是这些神经元和他们的受体(位于受者细胞上并向受者绌咆传递神经递质信号的分子正常工怍所必需的。多方面的研究表明，持续释放单胺娄物质可以钝化神经递质的受体。在REM睡雌期间，单胺类物质停止释放可以使受体系统得到休息，以恢复其全部敏感性。选种敏感性对于铺醒时的情绪调节非常关键，而清醒时的情绪调节就是依赖于神经递质和受体的协作。

睡眠还可能有其他功能吗？

REM睡眠还可能有他功能吗?研究人员如美国国家卫生研究院的Frederick Snyder和Thomas Wehr以及弗罗里达大西洋大学的Robert Vertes提出REM睡眠期间，那些不参与生成单脏娄物质的脑细胞恬跃性提高，可使哺乳动物在应付危险环境方面比爬虫动物准备得充分。

然而剥夺睡眠研究显示，REM睡眠除了为引发大脑觉醒做准备，肯定还有许多其他功能。

REM睡眠在生命早期最高，以后逐渐降低。

【赵树君/译；曾少立/校】