１８９６年２月１７日，俄國化學(xué)家季米特里·門捷列夫在玩單人紙牌時(shí)打了一個(gè)盹,。一覺醒來,，他發(fā)現(xiàn)自己解決了化學(xué)元素如何可按一定的方式進(jìn)行分組排列的問題,。也許很多人都曾有過這樣的經(jīng)歷,，一覺醒來，昨天晚上還看似不能解決的問題突然間有了答案,。這是為什么呢,？睡眠是普遍存在于生命體的一種生理狀態(tài)，科學(xué)家們正在努力尋找為何人們在早晨起來時(shí)更“聰明”和更“勤快”的原因,。
為什么要睡覺,？
在古希臘神話故事中，睡神與死神同是夜神的孿生子,，經(jīng)由身穿白衣的神手中的罌粟花枝掃過便可一夜好眠,，若輪到身穿黑衣的死神來臨便會永久長眠?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),，相對于清醒的時(shí)刻，睡眠時(shí)的活動量減少,、呼吸減緩,、意識與外界隔離，但睡眠并不如我們想像的如此沉寂。
美國科學(xué)家內(nèi)森·克萊特曼是現(xiàn)代睡眠研究之父,，他將睡眠比作為汽車低速空轉(zhuǎn)而引擎未靜止時(shí)的狀態(tài),，他說：“睡眠只是清醒狀態(tài)的間歇性、暫時(shí)性休止或中斷,。”各物種的睡眠時(shí)間也不盡相同,，比如一天中蝙蝠的睡眠時(shí)間可長達(dá)２０小時(shí)，馬卻只需要３個(gè)小時(shí),，而人類的睡眠平均會占據(jù)生命中三分之一的時(shí)間,，可是科學(xué)家們目前仍然不十分清楚睡眠的功能。有的學(xué)者認(rèn)為睡眠可能具有修復(fù),、能量保存、躲避天敵,、發(fā)展能力,、行為固化與高等學(xué)習(xí)等五項(xiàng)功能。比如,，躲避天敵的理論可印證許多動物的行為,；發(fā)展能力則表現(xiàn)在嬰兒需要通過睡眠來幫助自身發(fā)展、在睡眠中進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接等,；而行為固化與高等的學(xué)習(xí)功能則是近年來的新發(fā)現(xiàn),，這是指一些平常沒有辦法演練的行為可能通過睡眠而實(shí)現(xiàn)。
?。保梗玻鼓?，德國精神病學(xué)醫(yī)生Ｈａｎｓ Ｂｅｒｇｅｒ通過頭皮的電極記錄即腦波來研究大腦在睡眠過程中的活動，至今腦電波圖像仍然是睡眠的客觀依據(jù)之一,。后來科學(xué)家們將睡眠狀態(tài)分為深睡的非快速眼動睡眠（ｎｏｎ－ｒａｐｉｄ ｅｙｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ＮＲＥＭ）和淺睡的快速眼動睡眠ＲＥＭ兩種狀態(tài),，他們發(fā)現(xiàn)每一個(gè)睡眠循環(huán)由ＮＲＥＭ和ＲＥＭ組成，一個(gè)晚上重復(fù)４～６次,。深睡狀態(tài)也稱為短波睡眠,，因?yàn)檫@一階段腦波中的電波以短波形式出現(xiàn)。在深睡的ＮＲＥＭ階段,，心跳減緩,、血壓下降，呼吸緩慢而淺,，血氧量降低,，腸胃運(yùn)動與內(nèi)分泌減緩，對養(yǎng)分與氧氣的需求量和排泄物量均降低,，身體動作減緩,，幾乎沒有眼球運(yùn)動。結(jié)束深睡階段后會慢慢進(jìn)入到淺睡的ＲＥＭ階段，ＲＥＭ睡眠與ＮＲＥＭ多方面相似,，但ＲＥＭ時(shí)期呼吸,、心跳、血壓呈不規(guī)則,，而臉部肌肉完全放松,，眼球快速運(yùn)動。男性和女性在這一階段均有性覺醒的表現(xiàn),，ＲＥＭ階段的腦波圖像與清醒時(shí)的腦波相當(dāng)類似,，此時(shí)也是夢境發(fā)現(xiàn)的時(shí)刻。
睡眠中的“學(xué)習(xí)”
認(rèn)知科學(xué)家將學(xué)習(xí)處理邏輯問題或提高音樂演奏技能的過程稱之為“過程式學(xué)習(xí)”,，意思是這一過程是學(xué)會如何做某件事而不是簡單地積累事實(shí),。多少年來，研究人員一直在推測睡眠的重要功能之一是對“過程式學(xué)習(xí)”加強(qiáng),。但是到現(xiàn)在,，科學(xué)家們才開始逐漸了解大腦承擔(dān)這一功能的特別模式。加拿大彼得堡大學(xué)的研究人員通過正子放射斷層掃描發(fā)現(xiàn),，睡眠中產(chǎn)生夢境的ＲＥＭ階段中大腦活動圖像與進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)的圖像相似,，由此推測睡眠中的ＲＥＭ時(shí)期是強(qiáng)化學(xué)習(xí)記憶的重要時(shí)刻。
但是,，盡管有多年的研究,，將淺睡的ＲＥＭ與過程式學(xué)習(xí)聯(lián)系起來的證據(jù)是矛盾的和令人迷惑的，比如,，服用過抗抑郁藥的人其ＲＥＭ的時(shí)間會減少,，但是他們的過程式記憶沒有受到影響。極少數(shù)大腦受損傷,，完全沒有睡眠ＲＥＭ狀態(tài)的人卻顯示出仍然擁有正常的過程式學(xué)習(xí)能力,。因此，在過去幾年中,，研究人員又將過程式學(xué)習(xí)與深睡的ＮＲＥＭ階段聯(lián)系在一起,，并取得了一定的研究成效。
美國威斯康星大學(xué)精神病學(xué)家Ｇｉｕｌｉｏ Ｔｏｎｏｎｉ的研究提供的有力證據(jù)表明,，睡眠中的深睡的ＮＲＥＭ階段與過程式學(xué)習(xí)有關(guān),，他的研究小組最近在《自然》雜志發(fā)表的論文首次將短波活動區(qū)域的局部變化與特殊任務(wù)的學(xué)習(xí)能力聯(lián)系在一起。他們對２５６個(gè)志愿者的腦波試驗(yàn)表明,，受試者在睡醒后能更好地完成前一個(gè)晚上難以完成的復(fù)雜電腦游戲,，腦波記錄表明這時(shí)大腦中與過程式學(xué)習(xí)相關(guān)區(qū)域的短波活動加劇。研究人員推測,，這是因?yàn)樵谏钏癄顟B(tài)神經(jīng)細(xì)胞間的新聯(lián)系開始形成并得到加強(qiáng),。
在短波睡眠期間,，這種活動持續(xù)進(jìn)行但會逐漸消失。Ｔｏｎｏｎｉ認(rèn)為短波活動的消失對過程式學(xué)習(xí)的加強(qiáng)是重要的,，可能的原因是大腦清醒時(shí)有許多干擾學(xué)習(xí)過程的“噪音”,。這種相關(guān)性激發(fā)了該領(lǐng)域其他研究人員的興趣。德國呂貝克大學(xué)的神經(jīng)內(nèi)分泌學(xué)家Ｊａｎ Ｂｏｒｎ說,，短波在局部發(fā)生變化這一現(xiàn)象令人震驚,。他和同事計(jì)劃重新分析他們以前有關(guān)學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。哈佛醫(yī)學(xué)院的精神病學(xué)家Ｒｏｂｅｒｔ Ｓｔｉｃｋｇｏｌｄ也有許多有關(guān)睡眠與學(xué)習(xí)能力的重要發(fā)現(xiàn),，他相信大腦履行復(fù)雜工作的能力在睡覺后會有所提高,，因?yàn)樵谒咧写竽X抓住了神經(jīng)細(xì)胞間較弱的聯(lián)系，并加強(qiáng)了這種聯(lián)系,。受到Ｔｏｎｏｎｉ工作的鼓勵,，Ｓｔｉｃｋｇｏｌｄ和同事希望了解大腦在履行加強(qiáng)記憶和整合單個(gè)活動時(shí)究竟出現(xiàn)了什么變化。
與腦電波變化一樣,，睡眠期間記憶的固化可能也與基因表達(dá)的變化有關(guān),。Ｔｏｎｏｎｉ的研究小組通過小鼠試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，睡眠期間大約有１００個(gè)基因的表達(dá)水平在增加,，其中已知部分基因與神經(jīng)傳遞素化學(xué)物質(zhì)的釋放有關(guān),，腦細(xì)胞正是通過這些神經(jīng)傳遞素來彼此交流的,。Ｔｏｎｏｎｉ說：“睡眠中神經(jīng)細(xì)胞開始工作并建立彼此間的新聯(lián)系,。”這些發(fā)現(xiàn)與睡眠強(qiáng)化過程式記憶的理論相一致。在不同的睡眠期間,，大腦中不同的神經(jīng)傳遞素的水平是波動的,。
要建立睡眠強(qiáng)化的學(xué)習(xí)能力與相關(guān)的基因表達(dá)、神經(jīng)傳遞素機(jī)制和腦電活動模式變化間的精確聯(lián)系,，還需要科學(xué)家們對人類志愿者和實(shí)驗(yàn)動物做大量的研究,。沒有人相信不經(jīng)過努力，睡眠的問題就會在一夜之間得以解決,。但是,，如果這個(gè)領(lǐng)域的研究人員堅(jiān)持不懈地致力于通過復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)來解釋睡眠的功能，那么,，門捷列夫的故事會再次發(fā)生：睡一會兒吧,，答案就會出現(xiàn)。
