睡眠的力量
撰文 罗伯特·史蒂克戈德（Robert Stickgold）
翻译 朱机
激素、免疫、记忆等多方面的研究全都表明，如果你睡眠不足，除了会很疲劳外，你还会落得生病、肥胖、健忘和郁郁寡欢的下场。
精彩速览
很多研究都发现，良好的睡眠与情绪、记忆和学习能力的改善与提高有关，更不用说我们日常就有这样的体验。
过去20年中，越来越多的研究也发现，睡眠机制直接影响机体各项功能，比如激素平衡和免疫保护。
除了这些发现外，研究人员仍然无法确切回答为什么人每天都要睡觉，但他们正越来越多地了解人体在睡眠时究竟发生了什么。
我真的需要睡觉吗？我去世界各地做报告讲睡眠时，总会被问到这个问题。答案一直都很明确：是的，每个人都需要睡觉。就和饿、渴、性欲一样，对睡眠的强烈需求来自于生理层面。然而，花费我们人生三分之一时间的无意识状态，始终是个让科学家困惑的难题。
世界一流的睡眠研究者艾伦·雷希夏芬（Allan Rechtschaffen）在1978年承认，我们对这个问题无解：“假如睡眠没有不可或缺的重要功能，那将是生物演化中犯的最大错误。”20世纪90年代，另一位杰出的睡眠研究者J·艾伦·霍布森（J.Allan Hobson）讲过一个笑话，他说睡觉已知的唯一功效是消除睡意。
对于我们为什么必须睡觉，过去20年的研究终于开始提供了一点解释。其中最明确的研究结果是，睡眠并不是为了单一的目的。睡眠为多种生物学过程的最佳状态所需，这些过程包括免疫系统的内部运作、激素平衡的调节、情绪健康和心理健康、学习和记忆、脑部毒素的清除等。但另一方面，缺乏睡眠时，这些功能也不会完全罢工。一般情况下，睡眠的功能似乎是增强这些系统的性能，而非这些系统所必需。然而，任何几个月不睡觉的人都会死掉。
即便是这些尚不完备的理解，也已经花费了科学家数十年的功夫。20世纪结束时，研究人员仔细测量了脑电波活动、呼吸模式和一天内血液激素等分子的含量波动，推翻了“睡眠是由皮肤表面血液回流或胃部积累热蒸汽而引起”的古老说法。近来，研究人员开始寻找那些让睡眠起作用的所有原因。讽刺的是，尽管有越来越多的证据揭示，一夜好觉对精神和肉体的正常运作必不可少，21世纪的人在睡神臂弯里度过的时间却越来越少。
致命的失眠
睡眠是一种绝对需求，对此最明确的证据来自1989年卡罗尔·艾弗森（Carol Everson）发表的一项研究。艾弗森那时在雷希夏芬的实验室工作（现在在威斯康星大学医学院），他发现，被完全剥夺睡眠的大鼠在一个月内全部死亡。实际上，她只需阻止实验动物进入以快速眼动（REM）为标志的睡眠期就达到了这种致命的结果。可是，四分之一个世纪过去，研究人员依然无法解释为什么这些大鼠会死。这期间的一系列实验只是排除了一些可能的原因，比如压力增大、能量消耗过大、体内热量调节失控或免疫系统失调等。
死于睡眠剥夺的并不只有大鼠。关于致死性家族性失眠症的描述，大约在30年前首次出现。正如其名称所示，这种遗传疾病会导致不间断的失眠，最终造成患者死亡。当时在意大利博洛尼亚大学的一组研究人员于1986年报告了这种病例。由艾利欧·卢加雷西（Elio Lugaresi） 和罗塞拉· 米多里（Rossella Medori）带头的这个团队描述了一名53岁男子经历了数月不断加重的难治性失眠后死亡，并且他家两代人中其他很多亲戚也有一样的遭遇。死后的尸检结果显示，在丘脑的两个区域内，有大量神经细胞消失。丘脑这个结构位于中脑，有核桃那么大，一般被看作是感觉信号传入大脑时的中间站。而死者出问题的这两个区域更多负责调节情绪、记忆和产生睡眠梭形波（sleep spindles）。所谓睡眠梭形波是人在睡眠时，出现在脑电图上的一种重要波形。
丘脑中的退化会如何导致失眠或死亡，我们并不清楚。但损伤本身的直接原因现在已经弄清了。20世纪90年代初，已经到了美国凯斯西储大学的米多里与同事发现，一种叫朊病毒的畸形蛋白是神经退化的主凶。朊病毒已知可在羊中引发瘙痒症，在人类中引发牛海绵状脑病（俗称“疯牛病”），而在致死性家族性失眠症中，朊病毒不像前两种疾病那样经由环境感染，而是通过基因传给下一代。
好在除此之外就没有因睡眠剥夺而死的案例报告了（意外死亡不包括在内，比如缺乏睡眠的司机在行车途中睡着从而引发事故之类的）。不过，也没有其他报告记录有人因连续数月不睡觉。因此，我们现在只知道两种完全剥夺睡眠并导致死亡的情况：在实验室中人为剥夺大鼠睡眠和人类中的遗传性朊病毒疾病。对这两个例子，我们都不知道机体死亡的确切原因。
抗体和激素
同时我们又很清楚，只要一晚上不睡，甚至只是一晚上没有睡足，身体的各种机能就会受到影响，比如激素活性和身体对感染的抵抗力。有两项研究观察了身体对肝炎疫苗的反应，结果显示，睡眠剥夺会对免疫系统造成严重影响。第一项研究是在2003年，一些大学生在早晨接受了标准化的甲型肝炎灭活疫苗，之后一半学生经研究者许可，可以正常睡觉，而另一半学生则彻夜保持清醒。
睡眠剥夺组直到第二天晚上才被允许睡觉。4周后，研究人员采集了这批学生的血样，检测血液里的抗体水平。抗体是由免疫系统对疫苗中的灭活病毒作出的应答，起保护作用，抗体水平越高，说明对疫苗产生的免疫应答越强，因而在未来感染病毒时起到的保护作用就越强。4周之后，当晚正常睡了个好觉的学生的抗体水平，比当晚没有睡觉的小组高97%。
夜间睡眠不充足造成的负面效果同样可以量化。第二项研究中，参与实验的成年人在6个月内接种了标准化的3针乙型肝炎疫苗。（重复注射是为了逐步获得充分的免疫保护。）研究人员给了每个受试者一块类似手表的运动检测仪，用于监测他们在家的睡眠状况。研究人员分析了接种第一针后一周，受试者的平均睡眠时间，以及接种第二针后，受试者体内的抗体水平。对比了睡眠时间和抗体水平后发现，平均每多睡一个小时，抗体水平增加56%。而接种完最后一针的6个月后，研究人员再次检查了受试者血液中的抗体水平。结果发现，在接种第一针那周，每晚平均睡眠时间不足6小时的人的抗体水平低到不足以发挥保护作用的可能性，要比其他人高7倍。
激素功能也会因缺乏睡眠而被削弱——支持这一结论的有力证据来自卡琳·斯皮格尔（Karine Spiegel）完成的一系列实验。她当时在芝加哥大学与艾娃·凡·考特（Eve Van Cauter）合作。在其中一项实验里，研究人员要求11名健康男青年晚上只睡4个小时。经过5晚时间有限的睡眠后，这些人清除血糖的能力（这一生物过程主要由胰岛素负责）下降了40%。在另一项实验中，斯皮格尔等人对12名男性做了类似的睡眠限制，持续两晚。研究者检测了自愿者血液内的饥饿激素（ghrelin，这是一种刺激食欲的激素）的含量，结果发现该激素的水平跃升了28%。与此同时，另一种叫瘦素的激素，则减少了18%，而瘦素的作用是向大脑发出不需要进食的信号从而抑制饥饿。毫不意外，睡眠剥夺者报告的饥饿程度平均提高了23%。
综上所述，这些人体生理研究说明，睡眠不足可能导致体重增加──这一假说目前至少还得到了另外50项研究的支持。有几项调查研究显示，6～9岁儿童中，每晚睡眠时间少于10小时，肥胖可能性提高1.5～2倍；而成人研究显示，在每晚睡眠少于6小时的实验参与者中，患肥胖症的可能性会增加50%。此外，还有研究表明，睡眠受限与II型糖尿病的发展有相关性。
别减少睡眠
研究人员发现，睡眠剥夺会通过多种途径损害精神健康和身体健康。下面强调了其中研究最透彻、影响最严重的一些结果。
中枢神经系统
睡眠剥夺对记忆、情绪、食欲调节等脑功能有不利影响。
免疫系统
睡眠不充足，免疫系统就无法有效抵抗疾病入侵。
内分泌系统
缺乏睡眠会使机体对胰岛（黄色）所产生的胰岛素不敏感。这种情况会加大肥胖症发生的风险。
睡眠与抑郁
睡眠受限会显著影响免疫功能和激素作用，但受影响最大的恐怕要数大脑。2006年，我和现今在加利福尼亚大学伯克利分校的马修·P·沃克（Matthew P. Walker）合作开展了一项研究，想看看单个晚上的睡眠剥夺会如何影响人们存储的情感记忆。我们向26名受试者展示了一些单词，词义有积极的、消极的和中性的（例如“冷静”、“悲痛”、“柳树”），而其中半数受试者在此前一晚经历了睡眠剥夺。研究人员还要求受试者给自己的情绪状态评级。接着，经过两晚的恢复性睡眠，研究人员又出其不意地让他们接受了一次记忆测试。
相比此前正常睡眠的受试者，看单词前被剥夺睡眠的人在单词识别测试中表现出40%的衰退。但更令人吃惊的是，睡眠剥夺对三类单词的记忆能力有不一样的影响。被剥夺睡眠后，受试者对积极性的单词和中性单词的认词能力都衰退了50%，但他们对消极含义的单词，却只有20%的衰退。相反，正常睡眠之后，对积极单词和消极单词所形成的记忆几乎无差别，但记得的中性单词是最少的。换言之，参与研究的受试者在被迫削减睡眠时间后，对消极单词的记忆强度似乎至少是积极单词和中性单词的两倍。
从这个结果可以得出一种相当可怕的可能性，那就是当你被剥夺睡眠后，对生活中的负面事件所形成的记忆，事实上要比正面事件多一倍，从而对自己生活产生有偏差的记忆，并且很可能是沮丧的记忆。实际上，过去25年里有数项研究得出结论，睡眠不好会在特定情况下引发抑郁情绪，严重时可达到被诊断为重度抑郁的程度，还可能成为其他心理障碍的原因。
在各种心理障碍中，证明抑郁与睡眠不足的因果关系的证据最近几年特别多。这些证据中，有很大一部分来自睡眠呼吸暂停的相关研究。睡眠呼吸暂停是一种疾病，表现为患者在睡觉时空气进入肺部受阻。睡眠呼吸暂停可能导致打鼾、气喘、呼吸中断等。一旦短暂中断呼吸，患者会立刻醒来，以便再度呼吸。因此，深受睡眠呼吸暂停之苦的人有时每一两分钟就要醒一次，这样的情况可能会持续一整夜。2012年，由美国疾病预防与控制中心开展的一项研究发现，确诊为睡眠呼吸暂停的男性和女性，患上重度抑郁的可能性分别要比睡得好的人高出2.4倍和5.2倍。
当然，找到两件事之间的相关性并不等于证明了两者有因果关系。不过，最近针对19项研究所做的分析发现，用持续正压通气设备（CPAP）治疗睡眠呼吸暂停，使患者恢复正常呼吸和睡眠，可以显著缓解抑郁症状。其中一项研究在起始阶段招募的受试者中，抑郁患者的比例恰好比较高，结果发现在CPAP使用者中抑郁症状减少了26%。
这些研究结果还不能完全证明断断续续的睡眠会引起抑郁，也不能就此证明CPAP疗法可与其他抗抑郁药的效果相提并论。然而，这些调查结果是有建设性的，可以启发后续的调查研究。类似的，2007年的一项研究发现，给患有注意缺陷多动障碍（ADHD）的孩子治疗睡眠呼吸暂停后，多动症状评分降低了36%──相比典型的ADHD药物治疗所取得的24%的降幅，效果显然更好。
塑造记忆
尽管研究者仍不清楚睡眠及缺乏睡眠影响精神健康的生理机制，但研究人员猜测，由于睡眠会帮助大脑将人们的日常经历转换为记忆，因此，睡眠对精神健康的影响，可能是通过这一过程实现的。过去20年，很多发现都表明，无论是谁，无论情绪状态如何，睡眠都参与了记忆加工。其中一些研究发现，学习后睡一觉，这时的睡眠会选择性地巩固、增强、整合和分析新的记忆。睡眠以这种方法控制我们记住什么、怎么记。
19世纪末和20世纪初，科学界曾认为记忆是不牢固的，要经历一个叫作“巩固”（consolidation）的过程，才可以转变为可终生持续的稳定形式。近来的更多研究则表明，在大脑记录与巩固记忆后，记忆仍然保留着变化的可能。实际上，一段记忆可以在它首次形成之后很久，在复苏时再度进入不稳定的状态，需要再巩固；而在这种不稳定状态下，记忆可以改变，或者完全丢失。这一发现既是好消息也是坏消息——说这是坏消息是因为原先准确的信息可以被破坏，说是好消息是因为错误的信息可以得到修正。因而，研究者已经开始用记忆演化来取代原先所说的记忆巩固，尤其是在讨论有赖于睡眠的记忆加工时。
现代睡眠与记忆的研究始于20年前，当时以色列科学家阿维·卡尼（Avi Karni）与同事的研究表明，受试者的视觉分辨测试成绩在经过一整晚睡眠（并且必须是进入快速眼动期的睡眠）后，的确有所提高（这里岔开说一句，做梦通常是在快速眼动期发生的）。他们的实验说明，睡眠不仅可以稳固记忆，避免记忆随时间消退，还可以增强记忆。
2000年的一天，沃克挥着一本期刊走进我办公室，嘴上说道，上面的一篇文章“也跟睡眠有关”。那篇论文了描述一个测试，受试者要练习按特定顺序运动手指，而经过一段时间后，这个任务即便不用额外的练习，也会变得轻松。不过，文章作者并没有考察睡眠在这种进步中起了什么作用。不到两个星期，沃克有了答案。他发现睡眠的确改善了他们的表现，而且他后来还确认，睡眠的这种好处靠的是非快速眼动睡眠，即浅睡阶段，而不是像卡尼的视觉实验那样靠快速眼动睡眠。一个结论呼之欲出：大脑在不同的睡眠期增强了不同类型的记忆。
接下来的研究则表明，并非所有的记忆都需要靠睡眠来稳固。现任职于美国圣母大学（University of Notre Dame）的杰西卡·佩恩（Jessica Payne）在2008年开展了一项实验，她向受试者展示了一些令人不快的画面，比如马路中间的一头死猫。她发现，受试者睡了一晚后仍能准确地认出死猫的样子，但他们遗忘了作为画面背景的街景。这个实验最精彩的部分是，她也让受试者早上看画面，并清醒地度过了一个白天。在傍晚接受测试时，受试者却没有选择性地遗忘背景。并且，如果画面中心不是令人不快的东西，比如只是一只猫在过马路，选择性遗忘也没有发生。因此，是睡眠，而不是清醒状态，让受试者的大脑优先保留高度情绪化的中心意象，而较少保留中性画面（猫过马路）和画面背景。
但并不只有情绪记忆会在睡眠时得到优先增强。任何你认为重要的内容都有可能在你睡觉时被选择性地记住。欧洲的两个团队报告过他们的发现：实验中，两组受试者被分别告知，睡醒之后，他们将就受训的某些任务内容接受，或者不用接受测试。你可能已经猜到了，隔天测试时，只有那些会测试的内容被记得更牢。相反，如果让受试者早上接受训练，并通知他们晚上有些内容要测试或不用测试，结果并没有出现多大差别。仍然是睡眠，而不是清醒状态，选择性地增强了大脑认为有价值的记忆。
以上研究结果正好可以支持哈佛大学科学家丹尼尔·夏克特（Daniel Schacter）提出的观点：记忆并非关于过去，而是关乎未来。他提出，我们之所以演化出了记忆系统，不是因为这样我们就能追忆过去，而是因为这样我们就可以利用过去的经验来提升将来的表现。有了这样的理解后，再来看睡眠似乎最在意那些可能关乎未来的信息，你就不会觉得奇怪了。我们常说，“天大的事情睡一觉再说”（问题留到明天再说），其实我们不只是要求大脑在睡觉时记住些什么，我们想要大脑提取已经存在那里的信息，并完成某种计算，把各种可能性列出来进行选择，找到问题的最优解。我们运气不错，真有这回事！
加利福尼亚大学洛杉矶分校的巴巴拉·J·诺尔顿（BarbaraJ. Knowlton）等人开发的天气预报实验就明确说明了睡眠中的大脑有这种分析能力。诺尔顿向受试者展示4张牌中的一张或几张，其中每张牌上有一个几何图形（圆形、菱形、方形或三角形）。研究人员事先给每张牌关联了某种设想的天气结果，比如晴天或下雨，但没有把相关信息告诉受试者。接着，受试者在完成任务时，要根据牌面显示的图案预测，这些牌暗示的天气是晴还是雨。一段时间后，受试者感觉到了牌面与天气是怎么关联的。比方说，第一次出示的牌是菱形图案，就会被告知天气将会是晴天。然后，第二次同时出示圆形和三角形的牌，天气将会是雨天。只玩了这两次，受试者就开始对牌面和天气的关联建立假设，比如菱形可能意味着天晴。在第三次出牌时，研究人员又出示了菱形图案，可这次对应的天气是雨天。
这里用了一个花招，即牌与天气的相关性存在一定概率。也就是说，菱形牌预测的天气80%为晴天，余下20%是雨天。其他牌预测的天气是20%～60%为晴天。在诺尔顿的实验中，受试者玩了200次后仍然不得要领，大概只有75%的时候猜对最有可能的天气。
通过这类任务，研究人员可以区分大脑中的不同记忆系统：与记住事实有关（“是什么”）的记忆系统，以及与掌握技能有关（“怎么做”）的记忆系统。在天气预报任务中，受试者会从使用“是什么”的系统慢慢地转变为使用“怎么做”的系统。我们实验室的伊娜·强拉基奇（Ina Djonlagic）想了解在睡眠时会有怎么样情况，结果获得了意想不到的发现。当受试者早上练习，而在当天晚上进行复测时，他们的预测天气的正确率还是在75%左右，看来完全保留了早上掌握的信息。但是，另一批受试者在晚上进行练习，睡了一觉后接受测试，他们的预测成绩却比前一晚提高了10%。大脑在睡觉时能以某种方式促进受试者理解牌面与预设天气的联系。他们对于世界如何运作得出了更好的模型。
随着研究人员越来越深入地研究睡眠时发生的事情，他们发现晚上睡个好觉的好处也越来越多。最近要添进清单的一项好处恐怕是清除大脑产生的垃圾。2013年，美国罗切斯特大学医学中心的谢璐璐（Lulu Xie）等人发表文章表示，大脑的细胞间隙在睡眠时增大，使得脑脊液在大脑和脊髓之间可以更顺畅地流动。研究人员给小鼠注射了β-淀粉样蛋白（在阿尔茨海默病患者的大脑中可以发现神经元之间有淀粉样斑块，其前体为β-淀粉样蛋白），结果发现β-淀粉样蛋白被清除的速率在动物睡眠期间比在清醒期间要快一倍。他们推测，脑脊液流速增加有助于从脑中排出可能有害的分子，避免它们留在可能引起最大损伤的区域。接下来，研究人员将探究正常睡眠时发生的流速增加是否在阿尔茨海默病患者中被削弱了。
关于睡眠功能的最新研究，以及未来可能做出的发现告诉我们，为了应付日常需求而省下睡觉的时间看来是个坏得不能再坏的方法。研究睡眠在激素、免疫、记忆方面作用的研究结果全都表明，如果你睡眠不足，除了会很疲劳外，你还会落得生病、肥胖、健忘和郁郁寡欢的下场。
本文译者 朱机，神经生物学博士，毕业于中国科学院神经科学研究所。
罗伯特·史蒂克戈德是贝斯以色列女执事医疗中心睡眠与认知中心（Center for Sleep and Cognition at BethIsrael Deaconess Medical Center）主任，也是哈佛大学医学院副教授。
扩展阅读
Sleep Deprivation in the Rat: An Update of the 1989 Paper. Allan Rechtschaffen and Bernard M. Bergmann in Sleep, Vol. 25, No. 1, pages 18–24; 2002. www.journalsleep.org/Articles/250104.pdf
Sleep and the Epidemic of Obesity in Children and Adults. Eve VanCauter and Kristen L. Knutson in European Journal of Endocrinology, Vol. 159, Supplement No. 1, pages S59–S66; December 2008. www.eje-online.org/content/159/suppl_1/S59.full
To Sleep, to Strive, or Both: How Best to Optimize Memory. Mathew A.Tucker et al. in PLOS ONE, Vol. 6, No. 7, Article No. e21737; July 20, 2011.http:/journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0021737
Insufficient Sleep Is a Public Health Epidemic: www.cdc.gov/Features/dsSleep
Perchance to Prune. Giulio Tononi and Chiara Cirelli; August 2013.
The Clocks Within Us. Keith C. Summa and Fred W. Turek; February 2015.
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