腦科學揭開每晚睡不足7小時的代價!

在我們的一生中,幾乎每晚都會經歷一場驚人的蛻變。

10歲的法蘭西斯.阿朱亞在等待「熄燈」,他的頭上包覆著管子和電極,正在華盛頓特區的國家兒童醫學中心參與需要過夜的睡眠研究。他接受睡眠呼吸中止的檢測,這種症狀會不斷地讓呼吸暫停。

作曲家馬克思.李希特在巴黎愛樂廳指揮演出〈睡眠〉,這首極簡風的作品有科學根據,目的是引領聽眾進入使人恢復精力的休息狀態。演出時間超過八小時。

我們的腦深深地改變其行為和作用,讓意識模糊下來。有那麼一會兒,我們變得幾乎完全癱瘓。然而,我們的眼睛就算眼皮閉著,仍在週期性轉動,好像在看東西;我們中耳裡的微小肌肉,儘管在寂靜的環境中也仍在運動,好像在聽東西。我們有時候相信自己能飛。我們接近死亡的邊界。我們正在睡覺。

公元前350年左右,亞里斯多德寫過一篇名為〈論睡眠和失眠〉的文章,想知道我們睡覺時在做什麼,又是為什麼要睡覺。接下來的2300年,都沒有人能提出好的答案。1924年,德國精神科醫師漢斯.貝加發明能記錄腦部電流活動的腦波儀,從此睡眠研究從哲學領域轉移到科學領域。不過一直要到過去數十年,隨著成像儀器的問世而對腦內運作有了更深的認識後,在為亞里斯多德的問題提出令人信服的答案上,我們才總算接近了一些。

我們學習到與睡眠有關的一切,都強調睡眠對身心健康的重要性。我們睡眠與清醒的交替模式,是人類生活在這個旋轉行星上演化出的主要生物特徵。2017年諾貝爾醫學獎頒給了三位科學家,他們在1980和1990年代的研究發現,我們細胞裡有可以讓我們與太陽同步的分子時鐘。最近的研究顯示,當這種晝夜節律被打亂,我們罹患糖尿病、心臟病及失智症的風險就隨之增加。

然而,我們的生活方式與太陽週期之間的失衡已太過普遍。哈佛醫學院睡眠與認知中心主任羅伯特.史迪葛德說:「我們似乎活在一個全球規模的實驗中,目的是看睡眠不hami 足有怎樣的負面結果。」以臺灣人來講,平日的睡眠時間平均不到七小時,更有十分之一人口受慢性失眠所苦。在我們這個燈火通明的不夜社會,我們經常把睡眠視為敵人,認為這種狀態會剝奪我們的生產力和玩樂時間。為我們帶來燈泡的湯瑪士.愛迪生說過:「睡眠是很荒謬的事,是一種壞習慣。」他相信我們終究可以完全不用睡眠。

一整夜好眠現在和手寫書信一樣,既罕見又過時。我們似乎都在抄捷徑,碰上失眠就用安眠藥來克服,哈欠不斷就猛灌咖啡來解決,將我們本應每晚踏上的曲折旅程拋諸腦後。若一夜好眠,我們會往復經歷睡眠的數個階段,每個階段都有明確的特質和目的,如此循環四到五次,經過蜿蜒又夢幻的旅程下沉至一個不同的世界。

醒著時的腦最適合收集訊息,睡著的腦則適合強化訊息。到了晚上,我們就從記錄模式轉移到編輯模式。

 

在華盛頓特區的兒童睡眠醫療中心,八歲的麥可.波薩克邊睡邊接受檢驗,他採取的睡覺姿勢有助於預防上呼吸道反覆變窄,也就是讓他打鼾的原因。(這張照片是用紅外線相機在黑暗中拍攝,這樣才不會打擾他的睡眠。)睡眠對兒童的健康和發育至為重要,多數生長激素和抗感染蛋白質都是在睡眠中釋放。孩童時期的睡眠不良和糖尿病、肥胖及學習障礙有關。醒著時的腦最適合收集訊息,睡著的腦則適合強化訊息。到了晚上,我們就從記錄模式轉移到編輯模式。

新記憶在睡眠時得到強化,這時腦部發生了什麼變化?在鄰近東京的筑波大學,櫻井武透過光遺傳學研究這個問題。他使用雷射開啟或關閉老鼠的個別腦細胞,這些老鼠經基因工程處理,腦細胞因此變得對雷射敏感。

第一至第二階段

我們開始入睡時,腦部持續活躍並開啟編輯作業:決定哪些回憶要保留,哪些回憶要丟棄。

最初的變化發生得很快,如果我們的晝夜節律和日夜循環相結合,腦部基底的松果腺分泌褪黑激素,傳達夜晚來臨的信號,且其他各種系統也一起配合,那麼我們的神經元很快就會同步運作。

總數約860億個的神經元,是構成腦內網路的細胞,透過電流和化學訊號相互溝通。我們完全清醒時,神經元擠在一起互相碰撞,好像細胞間有一場閃電風暴。但當神經元均勻且規律地放電時,腦波圖會顯示出整齊的波浪線,這表示腦已轉向內在世界,離開清醒生活的混亂。同時,我們的感官接受器受到抑制,我們很快就進入睡眠。

科學家稱這過程為第一階段,即淺眠期。此階段可能持續五分鐘,接著一連串電流從腦的深處往上傳,直達大腦皮質,那是主管語言和意識、覆蓋在腦部外層的灰色皺褶物質。這些持續半秒的脈衝電流稱為紡錘波,意味著我們已進入第二階段睡眠。

長久以來,我們以為腦在睡眠時較不活躍,但事實並非如此,腦的活躍方式只是不一樣而已。據推論,紡錘波刺激大腦皮質,使其保存最近獲得的資訊,或許也把這些資訊與長期記憶裡的既有知識連結在一起。在睡眠實驗室裡,當受測者接受到特定的新任務時,當晚的紡錘波頻率都會增加。似乎紡錘波愈多,隔天的任務表現就愈好。

醒著時的腦最能收集外在刺激,而睡著時的腦則最能強化收集到的訊息。也就是說,我們的腦在晚上從記錄模式轉換到編輯模式,這樣的變化可以在分子層次測量出來。hami 我們睡著時的腦可不只會死板地做思緒歸檔工作,還會主動選擇哪些記憶要保存,而哪些記憶要丟棄。

腦子的選擇不見得總是明智。睡眠能大幅強化我們的記憶,這不只發生在占據我們約一半睡眠時間的第二階段,而是貫穿了整晚的循環睡眠旅程。因此有些事情最好避免,比如不要讓心力交瘁的士兵從慘烈的任務返回後馬上睡覺。加州大學洛杉磯分校神經科學家吉娜.波指出,為了預防創傷後壓力症候群,這些士兵應該保持清醒六到八小時。她和其他人的研究顯示,在重大事件發生後馬上入睡,沒有先讓悲慘經歷在心智上獲得部分排解,那這段經歷就比較可能轉化成長期記憶。

在晚上第一個90分鐘的睡眠循環裡,第二階段睡眠可持續達50分鐘。(在接下來的循環中通常占較小的比例。)有一段時間裡,睡眠紡錘波每隔幾秒就會來一下,不過當紡錘波的頻率減少,我們的心跳就會變慢,身體的核心溫度也下降,開始深深地潛入第三和第四階段睡眠,也就是深層睡眠的部分。

睡眠強化記憶的效果是如此之強,因此最好別讓心力交瘁的士兵從慘烈任務返回後馬上睡覺。

美國軍艦保羅.漢米爾頓號上的一名水兵在床位上休息,他醒來後短暫地戴上發光的護目鏡。加州蒙特里市美國海軍研究生學院的妮塔.夏塔克正在測試這些裝置,以了解它們能否重設水兵的生理時鐘,使其與工作班次而非太陽循環同步。

什麼讓我們想睡?這個位於筑波睡眠研究所的氣密室,可以讓研究人員精準地追蹤睡眠者的氧氣消耗量, 由此得知他的代謝率,並測量代謝率如何受到某些因素影響,譬如環境光的亮度和顏色。找出最能誘發睡眠的條件,可能是治療失眠的第一步…閱讀完整內容

國家地理雜誌8月號/2018年第201期

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睡眠的科學

國家地理雜誌

2018/8月號第201期