假期那麼短，為什麼還要把時間「浪費」睡覺上？

出品|網易科學人欄目組 晗冰

在日本國際睡眠醫學綜合研究所的室外，空氣中瀰漫著桂花樹的濃郁芳香，金蜘蛛在灌木叢間織網。兩名帶著安全帽的工人正在進行相關測量，並在石灰色的牆壁上上塗料。這座建築是如此的新，以至於工人們仍然在設立相應的標誌。

該研究所已有五年歷史，但建築物是新建的。從病理學到化學，從瑞士到中國，這所研究所已經吸引了來自各個學術領域、各個國家和地區的120多名研究人員。筑波大學在東京以北，有一個小時的車程。在日本政府和其他社會財團的資助下，研究所所長柳澤正史建立了這樣一個地方主要用於研究睡眠生物學，而不是更常見的失眠原因或是治療睡眠問題。這裡有裝滿了閃閃發光設備的房間，有研究老鼠睡覺的安靜房間，以及很多通過螺旋式樓梯連接起來的工作空間。這裡充斥著豐富的資源，用於研究生物為何要睡眠的基本問題。

如果你向研究人員提出這個問題，往往會聽到一種讓人敬畏但也令人沮喪的聲音。從某種程度上講，令人吃驚的是睡眠是如此普遍：在激烈的生存競爭中，在充滿鮮血、衝突、死亡的漫長時間裡，數不清的生物總會沉溺於這樣一個美好而漫長的無意識狀態當中。這似乎不利於生活的延續。赫爾辛基大學睡眠生物學家TarjaPorkka-Heiskanen說：「這太瘋狂了，但是現實是這樣。這樣一個危險的習慣是如此普遍，如此堅持，表明無論發生什麼事情都是自然而然、至關重要的。在一生中，睡眠對於睡眠者來說都有著巨大的誘惑，甚至足以讓睡眠者直面死亡的風險。

睡眠的確切好處仍然是神秘的，而對於許多生物學家來說，神秘面紗正在被慢慢揭開。在筑波的一個雨天晚上，一群研究所科學家聚集在一間居酒屋酒吧，期間很少有時間能阻止睡眠再次成為他們談話的焦點。一位研究人員驚嘆，即使是結構上最簡單的水母在被迫熬夜之後，也得休息一整天。他指的是一篇論文所描述的實驗，實驗人員用水射流推動水母，防止其隨波逐流，從某種意義上也是不讓其休息。」你了解過關於鴿子睡眠的研究嗎？」另一位研究人員插話問道。所有研究人員都認為關於睡眠總有一些有趣的事情。而在居酒屋的桌子上，盛滿蔬菜和海鮮天婦羅的盤子慢慢涼了，研究人員似乎都忘記了自己剛剛點的餐食。

不僅僅是水母和人類，所有動物都需要補充睡眠。搞清楚這種需求也是研究人員用於研究深層次睡眠問題的重要手段之一。而我們對睡眠的需要被許多人視為理解它能給我們帶來什麼的關鍵所在。

生物學家稱這種需要是「睡眠壓力」：熬夜越晚，睡眠壓力就越大。晚上感覺昏昏欲睡？那是因為你一整天都處在清醒的狀態，所以一直在產生睡眠壓力！但就像「暗物質」一樣，睡眠壓力也是一個我們還完全不了解特性的名詞。你在思考睡眠壓力上花費的時間越多，它就越像一個托爾金的謎語遊戲：人們到底在清醒過程中積累了什麼東西，又有什麼在睡眠中消失呢？它是否像一個計時器呢？還是說日復一日累積的分子物質，需要被其他因素抵消？這個被隱喻成小時數的理論是否是被固化在人類大腦的某一個區域內，等著每天晚上的睡眠中被抹去？

「換句話說，」當柳澤在學院陽光充足的辦公室里反覆思考時提出，「嗜睡的物質基礎是什麼？」

睡眠壓力的生物學研究始於一個多世紀以前。在一知名實驗中，一位法國科學家曾讓狗保持清醒10天以上。然後，他從動物的大腦中抽取腦脊液，並將其注入那些正常生活，休息良好的實驗狗的大腦中，正常的狗很快就進入了睡眠狀態。看起來缺乏睡眠的情況下宿主的腦脊液中有相關物質被積累下來，使得試驗中的狗不得不進入了睡眠狀態。而尋找這個物質是科學家所研究的目標。正如法國研究人員所說，這種催眠物質的特性會揭示為什麼動物會變得昏昏欲睡。

20世紀上半葉，其他研究人員開始把電極放置在人類的頭皮上，試圖檢測人類在睡眠狀態下的大腦活動。通過對腦電波的分析，研究人員們發現，大腦在夜間睡眠中有一個明確的規律。隨著眼睛的閉合和呼吸的加深，腦電波從清醒時的活躍快波逐步向慢波變化。大約在入睡的35到40分鐘後，人體的新陳代謝減慢，呼吸均勻，進入深睡狀態。然後，經過一段時間後，大腦似乎又開始活躍，腦電波又開始變為快波：這就是所謂睡眠中的快速眼球運動，或者稱之為REM睡眠（rapid eyes movement）。（研究REM睡眠的第一批研究人員中有人發現，通過觀察眼睛在眼瞼下方的運動情況，從而可以預測什麼時候嬰兒會醒。）人們在睡眠中會一遍又一遍地重複這個循環，最後在REM睡眠結束後醒來，頭腦里填滿了夢中的魚翅，還有那些他們不再記得的旋律。

睡眠壓力則改變了腦電波的這種規律性。實驗對象的睡眠越少，其在深睡期間腦電波的波動就越大。這種現象在諸如鳥類，海豹，貓，倉鼠和海豚等許多生物中都是如此。

如果你進行更深入的研究，就會發現睡眠獨特的多層次結構使得其並不是一個被動的節能狀態。比如說對金色倉鼠的研究發現，這些剛剛從冬眠中蘇醒的小動物還是會打盹。無論金色倉鼠從正常的睡眠中得到了什麼，可以明確的是在其冬眠的過程中並未獲得。儘管在冬眠中動物體內的每一個進程都減緩了速度，但睡眠壓力依然在增加。 「我想知道的是，睡眠這個大腦活動為何如此重要呢？」筑波國際睡眠醫學綜合研究所研究院的格斯布沃格特（Kasper Vogt）。他指著他的屏幕，顯示睡眠小鼠中神經元活動的數據。 「睡眠是如此的重要，以至於所有生物都會冒著被吃掉的風險去入睡。難道我們放棄了一切就是為了呼呼大睡？」

與此同時，尋找催眠物質的研究並非一無所獲。科學家已經發現了一些明確會導致睡眠的物質，其中有一種是被稱之為腺苷的分子物質。這種分子物質似乎會在清醒大鼠的大腦某些區域內聚集，然後又在睡眠中流失。特別有意思的是，咖啡因與腺苷有類似的結構,也可以與腺苷受體結合(稱作腺苷的抑製劑),即攝入的咖啡因會佔據受體,導致腺苷無法正常發揮作用。但是對催眠物質的研究還無法完全解釋人體如何產生睡眠壓力。

例如，如果說腺苷讓我們從清醒變得昏昏欲睡，那麼它到底來自哪裡？ 「沒人知道，」研究腺苷的研究員邁克爾·拉撒路（Michael Lazarus）坦言。有人說是來自神經元，有人說是另一類腦細胞。但是目前沒有達成共識。柳澤說，無論如何，這無關乎信息的儲存。換句話說，這些物質本身似乎並不存儲關於睡眠壓力的信息。它們只是對睡眠壓力做出反應。

誘導睡眠的物質可能來自神經元之間建立新連接的過程中。威斯康星大學睡眠研究人員Chiara Cirelli和Giulio Tononi認為，動物在清醒時需要學習處理各種信息。由於突觸之間的連接在大腦的記憶學習中起著關鍵作用，因此在清醒時突觸的連接會越來越強。為了確保突觸不會因此過度飽，同時篩除那些大腦並不需要神經信號和記憶，動物需要在睡眠過程弱化突觸連接，以抵消清醒時的突觸強化，才能讓大腦反覆學習新鮮事物。Tononi推測說：「睡眠是消除記憶的有效方式，且對大腦有益。」而另一個研究小組發現了一種蛋白質，它能夠進入了很少使用的突觸，從而破壞它們之間的相互連接。而且研究小組發現，這種蛋白質發揮作用的時候正是腺苷水平最高的時候。也許就是在這個時候，人們由清醒轉向睡眠狀態。

關於這種物質是如何起作用的還有很多研究要做，研究人員正在努力從其他研究角度尋找睡眠壓力以及睡眠的本質。 筑波研究所研究員Yu Hayashi領導的一個研究小組正在破壞實驗小鼠大腦中特定選的一組腦細胞，這個過程可能會產生驚人的效果。當這些實驗小鼠即將進入快速眼動睡眠狀態（有點像哭鬧的嬰兒的父母所發生的情況）時，反覆地讓其醒來，會導致其產生嚴重的快速眼動睡眠壓力，導致實驗小鼠必須在下一個睡眠循環中加以彌補。但是如果實驗小鼠的大腦中這組特定的細胞遭到破壞，可能會錯過快速眼動睡眠，而不需要彌補。當然，實驗小鼠的大腦有沒有受到損傷是另外一個問題，團隊正在測試的是快速眼動睡眠如何影響實驗小鼠在認知測試中的表現。而這個實驗表明，在快速眼動睡眠的時候，這些細胞或者他們所屬的一些迴路可能會記錄睡眠壓力。

柳澤本人格外熱衷於那些數量級較大的研究項目，比如說篩選數以千計的蛋白質和細胞受體，搞清楚它們的作用是什麼。事實上，就在20年前，這樣一個項目使他涉足了睡眠科學領域。他和他的合作者在發現一種稱之為orexin的神經遞質後，意識到沒有這種物質的老鼠會在睡眠中持續焦躁不安。發作性睡病患者體內也缺少這種物質，這種見解有助於對疾病基礎的研究。事實上，筑波研究所的一群化學家正在與一家製藥公司合作，調查食慾素模擬物治療的效果。

近來，柳澤和合作者正在進行一項大型項目，旨在篩選並確定與睡眠有關的基因。實驗中的每一隻老鼠都會被暴露在能夠引起基因突變的環境下。這些老鼠都配有專用的腦電圖感測器，蜷縮在木屑中，經受著睡眠壓力，而研究人員會用機器記錄下實驗老鼠的腦電波。迄今為止，已有8000多隻小鼠在觀察中癱瘓。

當一隻老鼠睡得很奇怪 ——比如說它清醒很久，或是睡得太久時，研究人員就會深入研究它的基因組。如果找到可能引起這種情況的突變基因可能是原因，他們就會對實驗小鼠施以同一種突變方法，然後研究突變為什麼會干擾睡眠。許多非常有成就的研究人員在果蠅等生物體中進行了多年研究，取得了很大的進展。但是與果蠅相比，實驗小鼠的成本最燃很改，但是研究人員可以像人一樣讀取實驗小鼠的腦電圖。

幾年前，這個小組發現了一隻似乎無法擺脫睡眠壓力的老鼠。它的腦電圖表明他的大腦疲憊不堪，而很多經受相同突變的小鼠表現出了相同的癥狀。 「相比於正常實驗題，這個突變體比正常人有更多的高振幅睡眠波。它永遠睡眠不足，「柳澤說。突變位於一個叫做SIK3的基因中。突變體保持清醒的時間越長，SIK3蛋白質積累的化學標誌就越多。2016年，研究人員在《自然》上發表了一篇關於SIK3突變體以及另一種睡眠突變體的論文。

儘管尚不完全清楚SIK3與睡眠之間的關係，但研究人員興奮地注意到，突變小鼠體內積聚的酶如沙粒倒在沙漏底部一般確定。柳澤說：「我們確信，對我們自己來說，SIK3就是睡眠物質中的一種。」

當研究人員堅持探索著睡眠科學的未知領域時，這些發現像閃光燈一樣照亮了前進的道路。但它們如何相互聯繫，如何相互作用，目前研究人員尚不得知。

研究人員對此患有莫大的希望，也許就是下一年，或者在下一年，一切將被揭曉。但有時，也許會比你想像的更早。在國際綜合睡眠研究所的一整層，裝有實驗小鼠的塑料箱成排成行，其中的老鼠清醒或入睡。像我們所有人一樣，它們的大腦中也藏著一個秘密。

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