睜著眼睛睡著了？

短暫的瞌睡，也就是在大腦點頭這個如此短暫的瞬間，但我們常常沒有注意到它。現在研究表明，大腦的單個神經元也可以睡眠，特別是在我們睡眠不足的情況下。

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我們經常是這樣：你躺在床上，蓋上被子，閉上眼睛，意識逐漸被睡意取代。一段時間過後，你醒來並重新充滿活力，準備面對新的一天。當然，你永遠也不會察覺睡眠是自己失去意識的行為。但有時候你的內心很難步入睡眠狀態，因為你的意識仍處於高度警惕中。你輾轉反側，無法入睡。失眠的原因有很多，但結果是相同的：接下來的一天會很疲勞，你覺得自己昏昏欲睡，並進行午休。同時，你的注意力會分散，反應變慢，對情緒的控制能力變弱。幸運地是，疲勞是可以逆轉的，會在你睡一宿覺或兩宿覺之後消失。我們花費了生命的三分之一時間在床上，日積月累，睡眠的時間相當於幾十年。

大家肯定會想，如果我們能減少這無用的睡眠時間來做更多的事情，豈不是更好？但我必須指出這樣的事實，我們為了保證自己最佳且長期的身心健康，我們需要睡眠。

通過觀察生物本身，我們能夠了解睡眠的重要性。睡眠是自我平衡的管控模式，白天睡覺的壓力不斷累積，直到晚上我們感到昏昏欲睡／哈欠不斷／打盹等等。即便我們不睡覺，我們仍然阻擋不了想要睡覺的慾望，就會變成「睡醉（sleep drunk）」。用古語來講，就是大腦疲憊了，大腦需要休息。

在「意識消退（Consciousness Redux）」專欄中，我描述了臨床醫生如何通過記錄腦電波來定義睡眠，即將腦電圖（EEG）感測器放置在測試者的頭皮上（見下面的照片）。大腦的電波在不斷變化，反映為當EEG電極刺激頭骨時，頭骨下面的大腦皮層會產生看不見的微小震動。快速眼動(REM)睡眠特點是低壓／強烈／迅速地改變腦電波，而非快速眼動睡眠（non-REM）變化緩慢但幅度相對更大。事實上，睡眠更深入更寧靜，腦電波緩慢幅度更大。這些電壓的振蕩稱為δ波，可以每4秒一次一樣緩慢也可以像每秒4次一樣快。當神經細胞不再產生任何電活動300－400毫秒時，且反覆出現這種情況時，大腦細胞便進入沉睡狀態。

微睡眠（MICROSLEEP）

我的專欄「用半個大腦睡覺」強調了睡眠研究者對於清醒和睡眠不是「是與不是」的極端現象。僅僅是因為你睡著的時候並不一定意味著你的整個大腦是睡著了。相反，即使你醒著，但你的整個大腦可能不清醒。

清醒時短暫的睡眠被稱為微睡眠。微睡眠可以發生在任何單調的情況下，無論是長途旅行，還是聽乏味的演講或是參加永無止境的部門會議。你會感到昏昏欲睡，眼皮下垂，合上眼睛，反覆上下點頭然後抬起：你的意識已缺失。微睡眠也存在有危險的一面，特別是在駕駛或者操作機械時，這種危險通常是致命的。

事實上, 威斯康星大學麥迪遜分校研究睡眠和意識的出生於義大利神經科學家Chiara Cirelli和Giulio Tononi，在實驗動物發現了「沉睡的神經元」——能夠顯示沒有行為表現的睡眠狀態。在單個神經元水平，清醒動物的皮層細胞在某段時間內存在不規律的斷續的活動交流。相反，在深度睡眠時，大腦皮層神經元經歷著神經活動時的「開」狀態和沉默時的「關」狀態。這些神經元沉默在皮層同時發生，與常規行為交替進行，從而形成了代表深度睡眠的上升又下降的腦電波變化。

為了進一步調查，研究者對小鼠進行長達4個小時的持續刺激，使其無法保持睡眠姿勢或變得昏昏欲睡。經過4個小時的興奮，小鼠終於可以睡了。按照先前的研究設計，在剝奪睡眠的最後階段，LFP開始向低頻率轉變，動物的睡眠壓力同步建立。但隨著檢查深入，暴露出意想不到的情況：大腦皮層所有或大部分神經元的偶爾／零星的沉默時期，都沒有顯示出微睡眠行為或表現形式。相反，當睡眠恢復時，六小時左右睡眠壓力減弱，神經活動開始變的不規則，這就是清醒狀態的表現。

看來，當清醒但睡眠不足時，神經元表現出嗜睡的跡象，經過幾個小時的睡眠，單個神經元開始醒來。仔細的統計分析證實了這一趨勢：在小鼠被迫保持清醒時，「關」狀態的神經元數量上升，相反在恢復期間活動神經元動態變化隨之出現。

但仍然存在一個問題——一個神經元是否可以獨立於任何其他神經元而睡著？還是所有神經元同時過渡到一個時期？答案都是肯定的，但並不互相矛盾。也就是說，某兩個皮層區域的神經元在某些情況一起變化，但其他時候又互相獨立。神經元組更容易產生緩慢振蕩，從而當睡眠壓力高時實現深度睡眠，但也同時存在微睡眠的現象。

局部睡眠（LOCAL SLUMBER）

這個研究發現了無法入睡時局部睡眠的存在：孤立的皮層神經元組可以短暫離線而動物外表毫無反應和變化。根據這些數據，隨著睡眠壓力增加，皮層的神經元活動頻率增加直至整個大腦，然後短暫而同步陷入深度睡眠，眼睛閉上，點了點頭，進入微睡眠狀態。

睡眠是一個吸引人的話題。它是大腦日常循環的精細調控，正如日出和日落，但功能目前仍存在爭議。

過去一個世紀，臨床醫生和神經科學家已經發現不同睡眠階段(快速和非快速眼球運動)在中腦和腦幹不同地區參與睡眠控制。除了微睡眠，局部睡眠，那接下來的是什麼？

作者：Christof Koch（美國艾倫腦科學研究所首席科學官）

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