“頭懸梁、錐刺股”真的有益學習嗎？

吳美云 張語軒

睡覺時大腦在干什么？

睡眠在我們日常生活中扮演著重要的角色，它不僅可以幫助我們恢復精神、消除疲勞，且已有大量研究表明，睡眠過程中存在主動的學習過程，特別是記憶的鞏固和增強。

人類進入睡眠時，腦干網狀結構阻斷了丘腦向皮層的投射（感覺信息的主要上升通路），甚至阻斷了不通過丘腦的嗅覺通路，導致腦對外界感知的主要通道被“關閉”，腦活動水平顯著降低，只有聽覺通道還保持功能性活動，承擔著睡眠中的“環境監測和安全警戒”任務，腦電記錄顯示睡眠中大腦可以分辨不同的聲音。這也是為什么報警信號一般都使用特殊的聲音。然而，這并不表示睡眠狀態下，大腦就完全休息了。睡眠狀態下，大腦仍然存在主動性的功能活動，目前研究最多的就是記憶的鞏固和提升。

根據睡眠中腦電波的不同特征，可以把睡眠分為不同的階段，其中眼球會快速轉動的階段稱為快速眼動睡眠（REM sleep），其他的（非快速眼動睡眠Non-REM sleep）可統稱為慢波睡眠（Slow wave sleep）。腦成像研究表明，大腦在睡眠過程中會進行記憶再激活，重演，以及重組。再激活起源于慢波睡眠中的海馬引發的逐漸的神經新皮層的整合和表征，海馬對于海馬依賴性記憶與非海馬依賴性記憶都起到至關重要的作用。重演指的是經歷過的事件在腦中快速回放，并將這些小事件整合起來形成一個完整的連續情景。慢波睡眠期間海馬出現了記憶的重演，神經元產生的三種腦波特征，慢波振蕩、紡錘波和尖波漣漪的“三重奏”，即實現了新皮層-丘腦-海馬的“交流對話”。紡錘波（spindle）由丘腦網狀核產生，存在快慢兩種狀態，其中慢紡錘波頻率約為9～12Hz，而快紡錘波約為12～15Hz，主要出現在非快速眼動睡眠的第二階段。較多研究都發現，紡錘波的數量與記憶有關，如果白天學習的內容很多，晚上睡覺時紡錘波數量就比較多，且紡錘波的數量越多，醒后回憶結果越好。漣漪波（ripple）是由海馬誘發的同步神經元活動的快速爆發，靈長類與人類的頻率約為80～140Hz，嚙齒動物頻率約為140～200Hz，因為它的爆發式，時間極短（50～100ms）等特點也被稱為尖波漣漪（SWRs），與慢波過程中的重演緊密相關，在離線記憶鞏固過程中起重要作用。慢波振蕩（Slow Oscillation， SOs）主要體現在新皮層，是高幅慢波，頻率一般為0.5～1Hz，是神經薄膜在去極化的上電位與超極化的下電位之間轉變。紡錘波時常鑲嵌在慢波振蕩中的上電位。

有研究發現清醒時存儲在海馬內的短期記憶，在慢波睡眠中逐步向長時記憶存儲中心（新皮層）轉移。一項功能磁共振成像研究發現單詞學習兩天后，記憶提取過程中海馬的活動會增強，同時海馬與內側前額葉皮層間的功能連接也得到增強。但在六個月后的記憶提取時，激活區域有所轉移，內側前額葉皮層有更大的激活，并且海馬與內側前額葉間的連接減弱。這些證據表明隨時間的推移，暫時存儲在海馬的記憶信息逐漸轉移至新皮層使記憶表征發生變化。

總之，從動物研究到人類研究，從行為測量到腦成像，各種研究都一致指出了睡眠在記憶鞏固中起到不可替代的作用。

睡眠不足對學習的損害

隨著社會的發展，生活壓力的增加，中國一百多萬的年輕人處于不同程度睡眠剝奪狀態。根據《中國少年兒童十年發展狀況研究報告（1999-2000）》顯示，我國的中小學生每天平均睡眠時長不足8小時，已有研究發現，睡眠剝奪會對青少年學習記憶有較大的損傷。2005年的一份關于中美小學生睡眠模式和睡眠問題的問卷表明，中國兒童的平均就寢時長相比于美國兒童少一個小時，且睡眠問題要多得多。盡管我國各種政策都在提倡為學生“減負”，但升學考試等壓力依舊剝奪學生們的睡眠時間，尤其是山東、河南等人口大省的高中生，出現睡眠時間不到4小時的情況。學生們無論在學習日還是在周末都在不停地寫，不停地算。由于睡眠不足，導致很多學生在上課的時候注意力不集中，反應遲鈍，甚至打盹，因此，這種“努力”引起更多學習上的負面態度。甚至導致健康問題，已有大量研究表明睡眠不足會導致一系列身體疾病，如炎癥等。

睡眠問題不僅表現為睡眠時間普遍較短，也體現在睡眠質量上。中國睡眠障礙群體比其他國家高出許多，在一項針對北京市中小學生睡眠狀況的抽樣調查中，睡眠時長在6h～8h的僅有59.2%，而自我感覺睡眠質量非常好的學生少到僅有16.1%，常見睡眠問題為睡不醒 （39.5%）、噩夢（7.1%）、驚醒（9.1%）、失眠（6.2%）以及夢游（1.6%）。當今，高中生的壓力引發更高比率的睡眠問題，而睡眠質量問題導致更低的問題解決能力。

睡眠剝奪和質量低下損害學生的學習和認知的發展，已有大量研究表明睡眠對兒童的認知發展有著深遠的影響。在一個大樣本縱向追蹤研究中，通過收集孩子在18，30，42和57個月大時的睡眠狀況，建立模型可有效地預測孩子8歲上學后需要特殊教育的可能性。

盡管無法確定幼兒的睡眠狀況與隨后的學習、行為等因素的因果關系，但早期睡眠問題可以很大程度預測后期的學習相關問題。當前主流觀點認為，清醒時腦內積累的學習材料得以整理和鞏固需要睡眠，而睡眠剝奪則會嚴重影響記憶的鞏固，導致學習記憶效果變差。在一項調查研究中，研究者通過設置睡眠剝奪組（25個小時的剝奪）與無睡眠剝奪組來考察不同記憶任務的影響，結果顯示睡眠剝奪組在執行知覺記憶任務時表現明顯降低。一個較新的研究發現非快速眼動睡眠的第二階段時長決定嬰兒新記憶的發展，第二階段時間較長則有利于感知記憶到語義記憶的轉換。這些結果充分證明睡眠剝奪會廣泛地影響認知，會引發記憶問題，進而導致嚴重后果。睡眠不僅在已學知識的記憶整合中起重要的作用，同時也可清除大腦不相關信息。有假設認為，白天學習的過程即為大腦中突觸連接形成的過程，而到了夜晚睡眠時，則對突觸進行修剪，通過減少無連接突觸，進而凸顯已連接的突觸，導致記憶得到鞏固，特別是慢波睡眠過程中能夠減少構成突觸分子的數量。整個睡眠過程中，海馬在記憶加工過程中起到至關重要的作用。

在最近的一項研究中，研究者使用多導睡眠儀（PSG）對海馬受損患者與正常被試睡眠進行比較分析，結果表明海馬在情景記憶中不可缺少。簡而言之，大量研究發現睡眠剝奪會對陳述性記憶和言語學習有較大影響，會導致計算任務相關腦區的活動降低，且工作記憶能力也因較差睡眠質量表現較差。總之，睡眠不僅讓我們的身體得到休息，還幫助我們鞏固記憶清除不相干信息，進而增強和改變記憶痕跡。因此，對學習者來說，多睡一會并不是偷懶，而是更有效的學習。