读书《我们为什么要睡觉》2. 人类和动物

你是怎么知道自己睡着了呢？其实有两个指标，第1个就是外部意识的丧失，你停止感知外部世界。信息仍向我们的大脑涌入，但是被丘脑的结构阻断；第2个指标是你睡着时对时间的判断出现矛盾体验，一方面时间在流逝，另一方面等你醒来，你好像感觉你对时间的掌控消失了。

对睡眠黄金标准的科学验证需要借助电极来记录信号，这三个信号来自于不同的区域：一是脑电波活动，二是眼球活动，三是肌肉活动，总体来说，这些信号被整合为“多导睡眠图“。

睡眠周期

研究发现睡眠有两个阶段组成：非快速眼动睡眠（Non-Rapid Eye Movement Sleep ,NREM Sleep）和快速眼动睡眠（rapid eye movement sleep，REM S）。睡眠时这两个阶段在大脑中进行着反反复复的拉锯战，几乎每90分钟会发生一次转换。先是NREM占统治地位接着，REM会后来居上，依次重复。睡眠的前半夜的90分钟的周期中，大部分的时间都是由深度的NREM占据，而REM很少；当我们进入后半夜的时候，这种交替性的平衡发生了变化，大部分时间由REM所主导，几乎没有深度的NREM了，为什么大自然会设计这么奇怪而复杂的睡眠阶段方式呢？

尽管人类对这种形式的重复尚未达成任何科学上的共识，但是能认识到的是NREM和REM之间不平衡的相互作用是非常必要的，它可以在夜间优美地重建并更新我们的神经回路，从而管理大脑有限的储存空间。

在前半夜占据主导地位的深度NREM的一个关键功能是淘汰和去除不必要的神经链接，相比之下，在晚些时候开始占上风的REM的做梦阶段则是在加强这些连接方面起着重要的作用（后面会讲到）。NREM和REM分别服务于不同的大脑和身体功能，但二者至关重要，任何一方出问题都会导致无数的身体和精神健康问题。

大脑是如何形成睡眠的？

1、研究发现睡眠中有三条波形线反映了大脑记录下来的不同类型的脑电波活动：

1）、清醒；

在睡觉之前清醒时的大脑活动极为活跃，这意味着脑电波大概每秒循环（上下波动）30~40次，类似于快速的击鼓声，鼓声不仅快速，而且不稳定，这阶段称为“高速频率”

2）、深度非快速眼动睡眠

你进入梦乡，进入非快速眼动睡眠的阶段3和阶段4，这些睡眠阶段称为“慢波睡眠”，慢波睡眠的非快速眼动睡眠的慢速波动比清醒时的大脑活动更加同步且有规律。

3）、快速眼动睡眠

这时的大脑活动是一种对专注、警觉的清醒情况的近乎完美的复制。在快速眼动睡眠期间，大脑的某些部分比我们清醒时的活跃度要高出30%，因此被称为“异相睡眠”。

2、三种电波反应出我们的大脑是如何工作的呢？

当我们入睡时，丘脑位于大脑深处中央的感觉阀门，当知觉信号（声音、视觉、触觉）等传递到大脑的顶部大脑皮层时，丘脑通过切断与外界的感知联系，我们不仅失去了自我意识，也使大脑皮层能够放松进入其功能的预设模式，这种预设模式就是我们所说的深度慢波睡眠（上图），它是一种活跃的从容不迫的，但高度同步的大脑活动状态。这种状态和清醒时冥想状态下的脑电波活动非常不同。

在深度睡眠中，横扫整个大脑的持续、缓慢、同步的电波开启了大脑中遥远区域之间通信的可能，让它们能够相互协作，发送和接收分别储存于不同同区域的经历。

与清醒的时候状态一样，丘脑的感觉阀门在快速眼动睡眠期间再次打开，但是大门的性质是不同的。在快速眼动睡眠期间，被允许进入大脑皮层的不是外界的感觉，相反，情感、动机和记忆（包括过去和现在的）信号都会呈现在我们大脑的皮层的视觉、听觉和运动感觉的大屏幕上。

我们可以理解清醒状态主要用于接收，非快速眼动睡眠是反射，快速眼动睡眠是集成。

3、为什么进化决定了在快速眼动睡眠期间要禁止肌肉活动呢？

在快速眼动睡眠期间会有一连串的运动指令在大脑中盘旋，他们是丰富的梦境体验的基础。大自然设计出生理上的限制，让这些虚构的动作无法成为现实，尤其是考虑到此时你已经不再有意识地感知周围的环境的时候。你可以想象，你闭上眼睛，错误弟进行一场梦中打斗，会导致怎样的灾难后果呢。大脑麻痹了身体，这样才可以安全地做梦。

迄今为止，所有被研究过的动物物种都有睡眠或以之类似的行为，无一例外。

不同的物种都需要睡眠

睡眠有着古老的起源，它伴随着最早的地球生命形成出现，就像DNA等其他基本特征一样，睡眠仍然是动物界所有生物的共同纽带，一个持久的共性。但是每一种生物的总睡眠时间千差万别，主要差异如下：

1、总睡眠时间是生物睡眠最显著的不同之处。

例如，大象每天只需要睡4个小时，而老虎和狮子每天需要15个小时的睡眠。那么到底怎样解释不同物种之间甚至是基因序列相似物种之间睡眠时间或睡眠需求的差异呢？我们还不能给出完全准确的答案，神经系统的大小、复杂度、全身重量之间的关系似乎是一个有意义的推测因素，大脑的复杂性与身体大小的相关关系增加会导致更多的睡眠量。进化生产出的大脑这个最顶尖的成就，对睡眠的需求只能增加，以便照顾这一宝贵的生理器官的需求。

2、不同物种之间，另一个显著的睡眠差异是睡眠的组成。

并不是所有的物种都具有相同的睡眠阶段，例如只有鸟类和哺乳动物才具有成熟的快速眼动睡眠，而它们在动物界的进化时间轴上出现较晚，这表明梦快速眼动睡眠在进化史上刚刚崭露头角。

关于鲸类等水生哺乳动物是否存在快速眼动睡眠仍存有争议。海洋生物这种情况也是可以理解的，当一个生物体进入快速眼动睡眠时，大脑会麻痹身体，使它变得软弱无力，而这种瘫痪的状态，他们不能游泳就会被淹死。

一个没有争议的事实是非快速眼动睡眠，最先在进化中出现，这是睡眠从进化的创造性幕布后面迈出的第一步，是真正的先驱。

研究还显示：如果熬夜或者因为什么原因减少了睡眠，在恢复睡眠的夜晚，睡眠时间比没有睡眠剥夺的标准夜晚的睡眠时间要长的多。为了应对欠下的睡眠债，我们基本上是在试图“把它睡掉”，专业术语称之为“睡眠恢复”。但是，大脑无法恢复它失去的所有睡眠，这对整个睡眠时间来说都是事实。对非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠来说也是一样，人类及其所有其他物种永远不能把他们之前失去的睡眠睡回来，这是本身中本书中重要的知识之一，将在以后的章节中讲到。

3、人与动物界中睡眠的第三个惊人差异是睡眠的方式。

以鲸类为例，他们只有非快速眼动睡眠，而且可以是单个脑半球睡眠，这意味着他们可以一次只用半个大脑来睡觉，有一半大脑必须保持清醒，以维持生命必需的运动。在半边大脑得到大量的睡眠之后，它们就要互换，让之前保持清醒的一半大脑能够享受到一段应得的深度非快速眼动睡眠，这种分脑的深度非快速眼动睡眠的天赋，鸟类也能够做到，但人类和其他陆生哺乳动物不行。

4、在动物界睡眠的第四重大不同是睡眠剥夺。

饥饿是一个例子，把生物放置在严重饥饿的情况下，寻找食物的行为将会取代睡眠。那些故意节食的人可能会睡得很少，不是他们异于常人，而是因为他们的大脑被欺骗了，以为食物突然变得稀少，必须适应。

另一个罕见的例子是雌性虎鲸和他们新生的幼鲸之间的联合睡眠剥夺，虎鲸生育后必须带着幼崽返回家园，在回家的途中，多达50%的新生幼崽会被杀死，因此无论是母亲还是幼崽都不会睡觉。

鸟类在跨洋迁徙过程中故意剥夺睡眠程度是最令人难以置信的。整个鸟群飞行的时间将远远超越平常的飞行时间，这是人类永远无法做到的。迁徙时间之外，同样剥夺睡眠时间，鸟类同样会造成大脑和身体功能的紊乱。但是面临生存，鸟类进入了一种非凡的生理抵御能力，能适应完全的睡眠剥夺。鸟类只有在重大生存需要时才会使用这种能力，现在有些国家开始研究它们，希望创造出24小时不用休息的士兵。

人类的单向和双向睡眠

在发达国家，成年人的睡眠模式都是单向的，我们称为单向睡眠，即人们试图在晚上进行一个较长时间的睡眠，平均睡眠时间如今要少于7个小时。但是在一些古老的地区，很多人还遵循着双向睡眠，即在晚上睡眠时间更长，然后在下午进行30~60分钟的小睡。

双向睡眠的实践并不起源于文化，而是起源于更深层的生物因素。所有的人类，无论文化背景或地理位置差异，都会在下午的时间中间时段出现一段时间的警觉性下降，这是刻在基因中的，我们称为“餐后警觉性下降“。现代社会已经把我们从一个注定的双向睡眠模式中分离出来，但是我们的遗传基因密码却试图在每个下午重新唤起这种模式。

研究发现那些放弃常规午睡的成年人，在6年的时间里，与那些白天小睡的人相比，患心脏病的风险增加了37%。在有工作的人中，这种影响尤为明显，他们中不午睡引起的死亡率增加幅度超过60%。当我们从双向睡眠的先天习惯中脱离出来时，我们的寿命就缩短了。自然形成的双向睡眠和健康饮食习惯似乎是长寿的关键，这是很久以前就写在我们祖先的遗传基因密码中的处方。