編輯/維悌

睡眠不足，大腦會怎樣？

編輯/維悌

熬夜后，大腦認知能力快速下降

現(xiàn)如今，睡眠缺乏是一個相當普遍的問題，上夜班、倒時差、睡眠障礙和衰老都會影響我們的睡眠時間。睡眠不足會導致健康情況惡化，在熬夜的時候，我們大腦的認知能力也會快速大幅下降。

為了揭示缺乏睡眠與晝夜節(jié)律之間的關系，法國列日大學和英國薩里大學的研究人員招募了33名志愿者。他們讓志愿者連續(xù)兩晚不睡，在睡眠被剝奪和隨后的恢復性睡眠中掃描他們的大腦。這項研究報告發(fā)表在《科學》雜志上，揭示了大腦應答睡眠缺失的復雜機制。

研究人員對每個志愿者進行13次大腦掃描，其中12次在睡眠剝奪階段，1次在恢復性睡眠階段。隨后，他們將掃描數(shù)據(jù)與褪黑素節(jié)律進行對比。褪黑素是人腦晝夜節(jié)律的一種激素指標。

研究顯示，一些大腦區(qū)域（尤其是亞皮層區(qū)域）的活性遵循24小時節(jié)律。另一些大腦區(qū)域（尤其是前腦）的活性隨著清醒時間的延長而降低，不過會在恢復性睡眠之后回到睡眠剝奪前的水平。還有一些大腦區(qū)域的活性表現(xiàn)為上述兩種模式的結合。此外，掃描大腦的時間對掃描結果有很大的影響。

從人類行為上看，大腦功能同時受到清醒時間和晝夜節(jié)律的影響。在睡眠剝奪階段，大腦性能弱化與清醒時間并不是線性關系。大腦性能一般在白天保持穩(wěn)定，在晚上快速弱化，到第二天又稍有改善。

研究人員通過檢測大腦活性的功能性磁共振成像（fMRI）觀察到了這一現(xiàn)象。他們的研究指出，在大腦應答的水平上檢測到了這一現(xiàn)象。而且研究顯示，清醒時間和晝夜節(jié)律對大腦功能有顯著影響，不過這兩個因素對各個大腦區(qū)域的影響并不相同。

為何熬夜讓人昏昏欲睡？

頭一天晚上睡得越晚，起床的時候就越發(fā)艱難。那么，為什么熬夜會讓人昏昏欲睡呢？

美國約翰·霍普金斯大學的研究人員最近解決了這個問題，相關論文發(fā)表在Cell雜志上。文章指出，如果我們硬要跟生物鐘對著干，大腦就會產生一種難以遏制的睡眠沖動。研究人員找到了負責調節(jié)睡眠沖動的神經元。果蠅越長時間不睡，這些神經元就越活躍。

美國人工作日晚上的睡眠小時數(shù)

我們都知道，熬夜會令人頭昏腦漲，反應遲鈍。為何睡眠不足會帶來這么糟糕的體驗呢？美國麻省理工學院的科學家們最近解開了這個謎題，相關論文發(fā)表在eLife雜志上。緩慢振蕩的腦波是深度睡眠的一大特征，也出現(xiàn)在昏迷和全身麻醉的時候，與意識喪失有關。研究人員發(fā)現(xiàn)，始于丘腦網狀核（TRN）的一個大腦回路能夠誘導這種緩慢振蕩，在其他部分保持清醒的情況下催眠局部大腦區(qū)域。如果TRN活性足夠強，這種腦波甚至會接管整個大腦。

科學家們還發(fā)現(xiàn)，睡眠質量差會加速癌細胞的生長，提高腫瘤的侵襲能力，抑制免疫系統(tǒng)控制和清除早期癌細胞的能力。Cancer Research雜志發(fā)表的這篇文章首次在動物模型中展示了片斷化睡眠對腫瘤生長和侵襲能力的影響。此外，研究還為人們提供了這種影響背后的生物學機制，鑒定了癌癥治療的潛在靶標。

睡不夠8小時，大腦真會變慢

我們都知道自己睡眠不足，但我們到底需要多少睡眠時間呢？直到大約15年前，市面上還廣泛流傳著這樣一個理論：如果你每晚至少睡4個或者5個小時，那么你的認知表現(xiàn)就不會受到影響；你的身體會逐漸習慣較少的睡眠。但在為這種觀點提供依據(jù)的一些研究中，研究人員曾在白天把困倦的受試者送回家，而后者有可能在家里偷偷地小睡或者猛灌咖啡。

于是，美國賓夕法尼亞大學醫(yī)院的睡眠與時間生物學實驗室的負責人大衛(wèi)·丁格斯設計了新的實驗。丁格斯的經歷十分獨特：他剝奪過很多人的睡眠，就人數(shù)而言世界上大概無人能出其右。

為了撰寫發(fā)表于2003年的一篇論文，丁格斯曾和論文第一作者漢斯·凡東恩開展了一項睡眠限制研究——其歷時之久一度堪稱同類研究之最——把受試者分成三組：一些人睡4小時，另一些人睡6小時，其他人則被幸運地分進了對照組，睡8小時——他們在實驗室里總共待了兩個星期。

白天，研究人員每隔兩小時便會以所謂的精神運動警覺性任務（簡稱PVT）測試受試者持續(xù)集中注意力的能力。PVT被視為衡量困倦程度的黃金標準。參與PVT的男男女女需在電腦屏幕前坐上10分鐘，每當看到數(shù)字一閃而過，就要立刻按下空格鍵，而數(shù)字的間隔時間是不固定的。反應哪怕只滯后半秒，也意味著受試者昏昏欲睡，即進入了人們所說的微睡狀態(tài)。

如果你的睡眠一直都很好，那么PVT就是一項乏味但卻簡單的任務。它衡量的是對飛行員、卡車司機和宇航員來說至關重要的持續(xù)性注意力。在參加冗長的會議時，一次性閱讀一個段落，而非看上五遍，以及開車時，注意力同樣是保持專注的關鍵所在。一名司機大約只要走神兩秒鐘，就有可能沖入對向車流中。

在為期14天的研究中，每天睡8小時的人幾乎沒走過神，也沒有出現(xiàn)認知能力下降的問題，這并不令人意外。有意思的是，睡4小時和6小時的那些人的PVT測試成績幾乎是逐日穩(wěn)步下降。雖然睡4小時的受試者的表現(xiàn)要糟糕得多，但睡6個小時的受試者也常常開小差。到了第六天，睡6小時的那組人中有25%會在電腦前睡著。而在研究收尾階段，他們走神的次數(shù)多達第一天的5倍。

在對工作記憶的測試中——受試者必須記住一些數(shù)字和符號，并用一個替代另一個——睡6小時的受試者并未拿出更好的表現(xiàn)——在兩周之內，其測試成績穩(wěn)步下降。在衡量速度和準確度的加減運算任務中，情況也是如此?？傊?，兩周結束時，睡6小時的受試者的能力受到了影響，就像參加了丁格斯的另一項研究，整整24小時沒有睡過覺的人一樣——其認知能力跟那些在法律上會被認定為醉酒者的人差不多。

睡眠與大腦的另一項實驗

因此，對大多數(shù)人來說，保持8小時的睡眠是很理想的，睡6小時就不太好了。不過，如果我們折衷一下會怎么樣呢？低于哪個閾值，認知功能就會出現(xiàn)衰退？丁格斯的研究進行期間，其同事、馬里蘭州銀泉市沃爾特·里德陸軍研究院神經科學部門負責人格雷戈里·貝倫基正在開展一項類似的研究。他有意把受試者的睡眠時間限定為奇數(shù)——3小時、5小時、7小時和9小時——因此，把這兩項研究綜合起來，就可以提供一幅更為全面的關于睡眠限制的圖景。在貝倫基的研究中，睡9小時的受試者的表現(xiàn)，和丁格斯的研究中睡8小時的受試者非常相似。但睡7小時的受試者參與PVT時，其反映速度會下降，連續(xù)三天都是如此，然后就會穩(wěn)定在低于初始速度的較低水平上。來自國家睡眠基金會的數(shù)據(jù)顯示，美國人在工作日的晚上平均睡6.9小時。這意味著不管我們喜不喜歡，我們平日的思維并不像我們所能達到的那樣清晰。

當然了，我們的日常生活比睡眠實驗室里的生活更刺激：我們會喝咖啡，會待在明亮的燈光下，會在辦公室里忙于與人周旋，所有這些都是針對困倦的“反制手段”。不過，它們只能在有限的時間內起作用。正如華盛頓州立大學斯波坎分校睡眠與績效研究中心主任貝倫基在談及認知缺陷時所說：“你不會在第一天就發(fā)現(xiàn)它。但到了第五至七天你就會看到相關跡象。除非你做的工作不太需要思考，否則你就是在為了換取醒著的時間而犧牲工作績效。”

事后補睡能否彌補缺失的睡眠？

此外，目前尚不清楚我們是否可以依靠周末來彌補缺失的睡眠。丁格斯正在開展一項長期的睡眠限制和恢復研究，旨在確定我們需要花多少個夜晚來還清睡眠方面的欠債。但以往的研究顯示，至少在很多情況下，僅僅一個晚上是不夠的。

當然了，睡眠者的情況并非千篇一律：丁格斯發(fā)現(xiàn)，一些需要睡8小時的人如果度過了一個只睡4小時的夜晚，情況立刻就會變得很糟，而另外一些需要睡8小時的人在度過好幾個只睡4小時的夜晚之后，表現(xiàn)才會變差（但終究會變差）。有一小部分人——據(jù)他估計占總人口的比例約為5%，甚至更低——可以在只睡5小時，甚至更短時間的情況下維持其表現(xiàn)水準，研究人員認為這源于基因方面的差異。還有一小部分人需要睡9個或10個小時。

人們很容易就會認為，我們可以把自己訓練成只需睡5小時的人——丁格斯說我們其實做不到——或者我們天生就是只需睡5小時的人，但還是該看看丁格斯的研究得出的一個關鍵結論吧：僅僅幾天過后，睡4小時和6小時的人就會報告說，沒錯，他們感覺有點兒困倦。但他們堅稱已經適應了自己的新狀態(tài)。即便是參加研究已經有14天了，他們還是說困倦沒對他們造成影響。事實上，他們的表現(xiàn)已然大打折扣。換句話說，我們當中的睡眠不足者難以精確判斷自身的睡眠需求。我們遠遠不像自己所以為的那樣敏銳。