睡眠之謎
為了每天擁有多一點的工作或學習時間，寧願晚上少睡幾個小時，這樣行嗎？新技術能讓我們在不影響身體健康的情況下，實現每天少睡幾個小時的夢想嗎？
為什麼需要睡眠？
我們每天生命的三分之一時間都用於睡眠，如果被剝奪了太多的睡眠時間，我們的身體就會產生種種不適。但令我們感到困惑的是，我們一直不知道，甚至至今我們仍然還沒有真正的弄明白，我們為什麼要睡覺？
從表面上看來，答案似乎是顯而易見的：充足的睡眠讓我們的大腦和身體可以得到休養生息。那為什麼我們不能在有意識的情況下休息呢？如果睡眠中的恢復意味著某些身體機能在得到修復，為什麼這些事情不能在我們清醒的時候去做呢？
研究動物如何吃、如何學習、如何繁衍後代，科學家不必去質疑這類活動的目的是什麼。但對於睡眠研究人員來說，這個大大的「為什麼」實在是太神秘了。
睡眠是基本的生理需要
睡眠是一種普遍而不可或缺的生理現象，它做的一定不會是無用功。即使是果蠅和線蟲這樣的低等生物也會經歷一段不吃不動的時間，在這段時間裡，很難讓它們活動起來。這表明即使對於簡單的生物來說，睡眠也是一種最基本的需要。
但是對動物世界的研究表明，睡眠習性和一些明顯的生理需要之間並沒有明顯的聯繫。事實上，動物睡眠模式的多樣性令人困惑。有些種類的蝙蝠每天要睡20個小時，而一些大型食草類哺乳動物每天的睡眠時間不到4小時。例如，馬站著打盹每次只需幾分鐘就行了
生物睡眠模式的千變萬化可難住了睡眠功能研究人員。不同物種在睡，一天睡眠時間加起來大約也只有3個小時。
眠中身體變化的差異極大，但在至今為止的動物研究中，受睡眠影響最大的部分顯然是大腦。因此大多數睡眠研究者都將研究重點放在大腦上。畢竟，睡眠最明顯的特徵就是失去自主意識能力，或者至少對於一些動物來說，是自主意識能力的降低。睡眠不足不僅導致人類的認知能力下降，其他一些動物，如蝙蝠、果蠅等許多物種也是這樣。
我們在睡眠的大部分時間都是在慢波睡眠中，在第三階段的睡眠中，可以清楚地看到活躍於整個大腦由神經突觸激發神經元引發的腦電波活動。期間穿插著其他睡眠階段活動，包括類似於清醒時的快速眼動睡眠階段。
睡眠調節大腦功能
對睡眠的解釋可以分為兩大類：一類與大腦修復和維護機制有關，另一類與大腦的某些獨特的活動功能有關。關於大腦修復和維護機制的猜想和研究已經進行了一個多世紀，曾經流行的一種理論認為：大腦在清醒時某些有害物質會積累起來，而當這種物質積累到一定程度時，就會不可避免地產生睡意。
雖然這種所謂的有害物質一直沒能找到，但現代版本的大腦修復維護機制假設：在白天清醒的時候，我們的大腦會消耗掉大量維持大腦運作所需要的大分子，包括蛋白質、RNA和膽固醇，而在睡眠中我們可以得到這些物質的補充。動物實驗發現，慢波睡眠中大腦中產生的大分子會增多。雖然一些反對理論認為，大分子增加只能證明這兩者之間有所關聯，但增加的數量還不足以對睡眠產生影響。
有充分證據表明，我們在睡眠中對各種大腦功能進行調節，例如，記憶的鞏固。記憶並非在產生的那一刻就永久性地寫進我們的大腦皮層裡，最初的記憶痕跡暫時性地在儲存大腦的短期記憶區域裡，它們極易消失，在之後的重整中，記憶中最重要的一部分才會轉為長期記憶。
睡眠中記憶重放的意義
多種實驗，包括動物實驗和人體實驗，都表明記憶可在睡眠中得到強化和鞏固。當電極植入睡眠中老鼠的大腦時可以發現，它們大腦中活躍著的那一小簇神經元，正是白天清醒時進行某種活動時大腦活躍的那一部分，這種記憶「重放」模式是睡眠鞏固記憶最有力的證明。在睡眠中，大腦中的一些記憶重新活躍起來。
許多實驗室仍然將研究重點放在睡眠如何對記憶進行整合上面，但2003年出現了一種涵蓋了之前兩種理論的新理論，該理論認為睡眠同時起到神經元修復維護和對記憶進行處理鞏固的作用。
該理論假設將重點放在神經元之間起著聯繫溝通作用的神經突觸上。我們知道，當我們形成新的記憶時，相關神經元的神經突觸活動會增強。該理論認為，我們在清醒時不斷形成新的記憶，神經突觸也隨之得到強化，但這種強化過程不會無休止地進行下去，它需要耗費巨大的能量，最後當我們的神經突觸在達到極限而不堪重負時，就再無法形成新的記憶了。
解決這個問題的辦法就是慢波睡眠。在沒有感知到任何新的信息進入的情況下，神經元和神經突觸活動放緩，並開始修復維護神經突觸之間的一些不足，新的記憶得以保留下來。如今更多新的理論支持這一「突觸穩態假說」。人類大腦掃描顯示，我們在一天即將結束時，大腦灰質耗費的能量比一天剛開始時更多。
提出這一假設的是美國威斯康辛大學麥迪遜分校的朱利奧·托諾尼和他的同事。他所做的動物實驗顯示，嚙齒動物和果蠅在清醒時神經突觸活動增強，進入睡眠後這類活動減弱。研究還顯示，人們在學習及完成某項任務時，大腦的某個區域活動會增強，在他們之後進入睡眠時，大腦這一部分的慢波活動顯得更為強烈。
「突觸穩態假說」並沒能讓所有人都信服，但顯然已經贏得了很多關注。目前它成為在睡眠研究領域內最有影響力的理論。
美國加州大學洛杉磯分校的傑瑞·西格爾則堅持另一種截然不同的理論，他認為，睡眠只是為了節省能量的一種適應性機制：在睡眠中我們不能做任何實質性的事情，如尋找食物或養育後代。在西格爾看來，睡眠反映了動物生活方式的多樣性，不同的物種為了不同的目的而睡眠。
睡眠是一種複雜的現象，睡眠也可能起著多種多樣的作用。英國拉夫堡大學研究睡眠缺失對健康影響的吉姆·霍恩認為。睡眠現象如此複雜，睡眠作用理論分歧如此之大，不足為奇。看來，為了獲得睡眠奧秘的終極答案，生物學家們還需要繼續犧牲更多的睡眠時間去努力探索。
如何睡眠？
我們為什麼需要睡眠？睡眠研究人員至今尚未達成共識。但對於我們如何睡眠，科學家已經有了相當充分的了解。在睡眠期間，大腦會產生一些複雜的變化，其中一些可以通過腦電圖儀觀察到。通過安置於大腦顱骨上的電極可追蹤到大腦的腦電波活動。人們每晚的8小時睡眠不是一個無差別的過程，而是一個分為四個階段的多周期循環過程。在一個睡眠良好的夜晚，我們通常會重複5～6次這樣的循環，每次持續時間大約為90分鐘。
每個睡眠階段都與特定的功能有著某種密切的聯繫。據認為，第一階段介於睡眠與清醒之間，持續時間長短因人而異，一般持續5至15分鐘，它的主要功能似乎是讓我們進入到更深的睡眠階段。「你可以將它看作是進入睡眠的『入站口』。」 美國加州卡爾斯巴德先進大腦監測研究中心的克裡絲·伯爾卡說道。
過渡到第二階段時，有時會被一種稱為「臨睡肌躍症」的現象所中斷，這是入睡前生理性的不自主的抽動動作，接下來肌肉開始放鬆。第二階段睡眠持續20分鐘左右，它起到恢復肌肉疲勞的作用。如果在這個階段被喚醒，你會感到神清氣爽。
睡眠的第三階段的腦電波活動比較特別，在腦電圖中被稱為「慢波睡眠」。雖然人們對其原因不是很了解，但可以肯定的是，與某些恢復機制有著密切的聯繫。例如在這一階段，松裸體分泌生長激素刺激修復骨骼和肌肉組織。這一階段也是最難被叫醒的階段，如果你在進入睡眠約45分鐘的這一階段被叫醒，你會感覺頭昏眼花、迷迷糊糊、心情煩躁。睡眠第三階段持續時間的長短，因人而異。
睡眠的第一個循環周期通常大概持續60分鐘，在之後的循環周期裡持續時間逐漸遞減，最終由一個完全不同的被稱為快速眼動（REM）的睡眠階段所取代。大部分夢都產生於這一階段。
很多人都想通過減少睡眠時間來爭取到更多的時間，但睡眠不足往往會讓我們付出很多的代價，如，在公路上開車時的警覺性會降低，注意力不容易集中，判斷和解決問題的能力會下降。作為應對之策，我們往往利用咖啡等來刺激大腦，以期降低和減少這類影響，這在短時間內可能起到一定的效果，這也許可以解釋百分之九十的美國人都在利用咖啡提神，然而，咖啡因的作用在幾小時後會漸漸消退，精神不振現象會再次出現。
能壓縮睡眠時間嗎？
一些人為了每天多點工作學習的時間，寧願晚上少睡幾個小時，但他們有可能會為此付出一些代價，如睡眠不足對身體健康和對工作效率的影響。那麼，新技術能讓我們在不影響身體健康的情況下實現每天少睡幾個小時的嗎？
每個人都需要足夠的睡眠，如果強製讓一個人不睡覺，那是一種非常殘忍的懲罰。可以想像一下，如果被哭鬧的新生兒吵得一晚上沒睡好，或者在通宵達旦的瘋狂派對之後，白天你就很難打起精神來。不過即使我們中最愛睡覺的人也必須承認，有時候我們真心希望可以不需要那麼多的睡眠時間。如今一些研究人員已經開始在瞄準這個目標，他們想要依靠新的科學技術，而不是藥物，來減少晚上的睡眠時間。如果他們可以成功，我們每天就能擁有更多清醒著的時間，從事更多的活動，從理論上來說，減少睡眠時間是人類追求長壽的另一種途徑。
20世紀90年代後期，一種叫作莫達非尼的藥物神奇而短暫地取代了咖啡因，但這種神奇的藥物只是曇花一現。當人們意識到莫達非尼的神奇提神效果只不過相當於多喝幾杯咖啡而已，而它高昂的價格，加上需要醫生開具處方的麻煩，使得咖啡仍然是人們用來振奮精神、保持清醒的首選。
但任何興奮劑都無法抵擋睡眠剝奪後身體發出的示警信號。在美國芝加哥大學的一次實驗中，連續21天不讓睡覺的實驗鼠，大部分都相繼死去。2013年英國薩裡大學的研究人員發現，連續29小時不睡的志願者，他們的白血球細胞數目急劇飆升，就像身體受傷者的情況一樣糟糕。顯然，睡眠不足會影響人體的抗感染能力。
影響人們身體健康的不僅僅是這種長期連續的睡眠剝奪，即使是每日工作時間超時導致的輕度睡眠不足，假以時日產生的積累效應也會讓我們陷入健康困擾。在對8個國家中歷時25年時間、對47萬人進行的15項研究進行總結回顧後，英國華威大學的研究人員得出結論認為，「睡眠不足者」——即長期每晚少於5小時睡眠者——心臟病、糖尿病、中風，甚至癌症的風險都會增加。任何用來提神的興奮劑都無法解決這個問題。
然而隨著我們對不同階段睡眠的進一步理解，也許我們可以採取更有針對性的方法來減少睡眠時間，增加我們清醒時的時間。科學家認為，理想的睡眠時間是每晚8小時，他們的目標是要從6小時睡眠中達到8小時睡眠同樣的效果。
睡眠研究人員認為，可以設法去掉睡眠中不太重要的部分，將睡眠時間壓縮到隻包括關鍵的部分。2008年的研究認為，這些關鍵部分包括深度睡眠階段。例如實驗表明，一些強化慢波睡眠的藥物可以減少志願者的因睡眠時間少產生的疲勞等副作用，即使他們每晚隻睡5小時。遺憾的是，其中一種藥物被發現有高發病率的「精神副作用」而被叫停。
6小時睡眠能成真嗎？
幸運的是，我們還有另外的選擇。大腦刺激技術也可以達到同樣的目的，甚至效果更好。
科學家一直在尋找有效途徑，可以幫助官兵們解決在艱苦戰鬥條件下睡眠不足的問題。在緊張的戰鬥中，即使是在嚴重睡眠剝奪的狀況下，他們也必須做出即時和果斷的決定。士兵們有時不得不在戰鬥間歇中抓住機會偶爾小睡一兩小時，在這種情況下，如何能擁有正常的認知能力和身體功能呢？更不用說還要保持精神抖擻的狀態了。研究人員認為，可以嘗試讓他們在3分鐘內直接進入第二階段睡眠，這樣就可以從短時間的小睡中獲得養精蓄銳的效果。
如果能用藥物以外的辦法來解決這個問題，我們所有人最終將受益無窮。為此，專家設計了一種叫作Somneo面罩的設備，它覆蓋於臉頰、耳朵和頭部的大部分地方，在眼部周圍有一個加熱元件，可讓人迅速入睡。助睡面罩跟蹤佩戴者進入第一階段睡眠，並令佩戴者快速進入第二階段睡眠，這一過程大概只需兩分鐘時間。這聽起來似乎沒什麼大不了，但它減少的第一階段睡眠時間相當於催眠藥物的效果。更重要的是，面罩內置的腦電圖監測儀可觀察佩戴者睡眠階段的任何變化。編程程序在檢測到佩戴者實際睡眠時間達20分鐘後，在精確設定的時間裡讓睡眠者醒來，程序只在檢測到佩戴者進入真正睡眠中才會開始計時。腦電圖監測儀可確保佩戴者不會在錯誤的時間裡醒來，但它不能操縱腦電波佩戴者幫助進入更深的睡眠階段。
一種叫作經顱直流電刺激（tDCS）的技術，是以恆定低強度直流電調節大腦皮層神經元活動的安全無創腦電刺激技術。它利用微弱電流刺激大腦背外側前額葉皮層的一部分區域，引導腦波模擬睡眠周期的特定特性。
德國呂貝克大學的研究人員進行的實驗表明，tDCS技術可在志願者睡眠時轉換到相鄰的睡眠階段。首先通過減少短波「輕度」睡眠，增加慢波睡眠，來加深志願者的睡眠。這種人為誘導的慢波睡眠與正常睡眠無異，更為重要的是，減少短波睡眠似乎不會產生任何不良影響。甚至在接下來的記憶能力測試中，tDCS刺激技術還能明顯改善記憶能力——通常是在慢波睡眠中得到強化的記憶。
利用tDCS技術，還可以將睡眠向相反方向轉換。在後續研究中，研究人員將睡眠者從慢波睡眠的腦波轉變為具有更多第二階段睡眠特徵的輕度睡眠的腦波形式。專家說，未來版本的Somneo面罩可加入tDCS腦波刺激技術，以解決失眠問題。一種叫作經顱磁刺激（TMS）的技術，或許可以做到這一點。
美國威斯康辛大學麥迪遜分校的神經科學家們用TMS來直接觸發深度睡眠。作為提高睡眠效率研究實驗的一部分，研究人員給15名志願者佩戴上腦電圖頭盔，用電極產生電流刺激大腦，在大腦中產生慢波睡眠的部位誘導產生低頻脈衝。所有的志願者在TMS開關打開後，立即就產生了第三階段睡眠的腦波振蕩特性，很快進入睡眠。
TMS療法也許還不能在短時期內來到我們的臥室床邊，因為這種設備目前體積還很龐大，而且對於某些志願者來說，躺在機器中會讓他們產生不安的感覺，從而影響入睡。但實驗表明，讓睡眠者完全略過第一階段和第二階段睡眠，直接進入第三階段睡眠是可行的。
從理論上來說，這將可以在每一次睡眠循環周期內「掐掉」20分鐘的睡眠時間，如果減去這些睡眠時間不會對健康產生任何不利影響的話——這只是一種未經測試的「如果」——那麼，我們就可以在對心理健康和生理健康沒有不利影響的情況下，獲得將8小時睡眠減少到6小時睡眠的益處。
如果6小時睡眠的理想能夠得以實現，我們在一年時間裡可以平均增加幾周時間，這是非常驚人的。這也是為什麼一些研究者認為這項技術很可能會在不久的將來得到發展的原因。
睡眠研究與健康長壽之夢
如果該項技術證明安全並得到普及，將成為人類追求長壽的另一種途徑。時間就是生命，縮短睡眠時間，意味著延長了人們清醒時間的壽命——前提是如果你能承擔得起這種縮短睡眠時間設備的高昂費用的話。如果你活到80歲，你的有效生命時間相當於活到100歲的人，你的人生會更加豐富多彩。
雖然有專家對人類睡眠質量的提升持贊成態度，但他對於是否可以繞過第二階段睡眠仍有質疑。人們對於第二階段睡眠的研究顯然滯後於對其他睡眠階段的研究，有研究表明這一睡眠階段可能參與了對記憶的鞏固。
儘管有這方面的疑慮，誘導大腦進入特定的睡眠階段仍可能帶來很多意想不到的好處。例如，研究人員已經發現了睡眠與心理健康和衰老之間的複雜聯繫。抑鬱症患者的睡眠模式與健康者的睡眠模式很不相同。抑鬱症患者一般REM睡眠和第一階段睡眠的時間更多，tDCS設備可以將他們的睡眠模式向更健康睡眠模式的方向推動，從而改善患者的一些相關癥狀。
還有就是衰老的問題。隨著年齡的增長，就像其他身體機能的退化一樣，睡眠狀態也會日益惡化，入睡更為困難，這可能解釋了為什麼隨著年齡老化，認知能力也日益衰退的原因。但是，究竟是睡眠不好導致記憶能力受損，還是其中的因果關係正好相反呢？或者是另有原因呢？目前沒有人能夠明確地回答這個問題，但初步研究表明，tDCS技術的應用可幫助老年人在睡眠中多恢復一些保留在大腦裡的年輕時的記憶。
如果我們能找某種辦法，讓人們在年老時，仍然擁有年輕人一樣良好的睡眠，是否就能夠讓人們繼續擁有年輕時的思維能力呢？隨著睡眠研究給我們帶來的更多驚喜，青春不老的夢想已經離我們不遠了。
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