我們為什么要睡覺

袁越

地球上絕大部分陸生動物都要睡覺，人類自然也不例外。但動物們為什么非得睡覺呢？睡眠的功能到底是什么？這兩個問題看似簡單，但科學家們至今仍然沒有找到答案。

從進化的角度來看，睡眠似乎對動物的生存很不利。你想啊，動物睡覺時對外界刺激的反應極為遲鈍，很容易被天敵抓住。如果有動物進化出不睡覺的能力，豈不是會比那些需要睡眠的動物更有生存優勢？可惜這樣的案例極為罕見，迄今為止尚未在陸生動物中發現過。

曾經有人相信動物的睡眠需求是由陽光周期決定的，但后續研究發現，即使生活在暗無天日的洞穴中的動物也需要睡覺，這說明睡眠需求和光照周期無關。還有人相信睡眠有助于動物在不活動的時候節約能量，但無數研究表明，動物的大腦在睡眠時所需能量和清醒時差不多。這條理由似乎也不成立。

不管真正的原因到底是什么，我們每個人都知道硬挺著不睡覺的感覺是很糟糕的，這招甚至可以用來作為刑訊逼供的手段。20世紀60年代，美國加州圣地亞哥市的一位名叫蘭迪·加德納（Randy Gardner）的高中生決定挑戰一下人生，看看自己究竟能堅持多久不睡覺。最終他在幾位科學家的輪番監督下保持清醒長達11天零25分鐘，創下了人類不睡覺時間最長的世界紀錄。據說最后那幾天他出現了嚴重的精神問題，具體表現為認知障礙、情緒失控和短期記憶力喪失等等，甚至還出現了幻覺，就像吸毒一樣。但是，結束試驗之后他休息了兩天就完全恢復了，此后似乎也沒有留下什么后遺癥。這說明不睡覺造成的損傷似乎并不是永久性的，很容易恢復。

按照這個思路，有人提出了一個假說，認為睡眠的主要作用就是清除腦神經細胞產生的代謝廢物。廢物堆積過多當然不好，但如果堆積時間不長的話，只要通過補覺來清理一下，就能完全恢復原狀。所以一個人偶爾熬個夜不是什么大問題，只有長時間睡眠不足才會對身體有害。

那么，大腦產生的代謝廢物主要靠什么來清理呢？答案是腦脊液（Cerebrospinal Fluid）。這是一種像水一樣清亮的液體，可以在腦組織和脊髓之間自由流動，其功能有點像清潔液，可以通過反復的沖洗將神經細胞產生的廢物清理出去。

2013年有人做了個實驗，發現小鼠的腦神經細胞在睡眠時體積會縮小，空出來的地方會被腦脊液迅速填補，科學家們據此猜測小鼠就是通過這種辦法沖洗腦組織的。但這個過程只能發生在睡眠期間，也許這就是睡眠真正的意義所在。

但是，人類的腦細胞在睡眠時體積不會縮小，腦脊液是如何沖進大腦開始“干活”的呢？美國波士頓大學的勞拉·路易斯（Laura Lewis）博士懷疑，人類腦脊液的流動與睡眠時的腦電波有關，雙方很可能是同步的。眾所周知，人類的睡眠分為快速眼動睡眠（REM）和非快速眼動睡眠（NREM）這兩個階段，前者的標志就是眼球快速轉動，通常伴隨著夢境的出現。后者則可以簡單地理解為深度睡眠，此時腦神經元的放電模式趨向一致，要么大家一起放電，要么集體同時休眠。此時的腦電波頻率會變慢，因此也被科學家們稱為“慢波睡眠”（S low Wave Sleep）。

為了研究腦脊液和腦電波之間的關系，路易斯博士設計了一個非侵入式的腦神經實驗。研究人員招募了13名志愿者，讓他們頭戴腦電波測量帽（EEG Cap）躺在核磁共振儀（MRI）里睡覺，前者可以測出志愿者的睡眠到底處于哪個階段，后者可以測出志愿者腦部的血氧消耗情況，以及腦脊液的流動過程。

實驗結果清楚地表明，人類腦脊液的流動和睡眠狀態密切相關。每當志愿者進入深度睡眠時，腦脊液就會大量涌入腦組織，開始打掃衛生。

為什么只有在深度睡眠時腦脊液才會流進腦組織中去呢？路易斯博士認為這是有道理的。原來，腦神經在工作時需要消耗大量氧氣，這些氧氣是被血液帶進來的，人在清醒時（以及在REM睡眠時）腦神經一直在持續放電，耗氧量居高不下，所以血液必須保持高速流動，并充滿整個腦組織，只有這樣才能保證腦神經的氧氣供應。但在深度睡眠階段，當腦神經集體休眠時，耗氧量快速下降，不需要那么多血液了，此時腦部的血液流速便會降低25%左右，空出的部分則由腦脊液來填補，于是科學家們觀察到志愿者的血液和腦脊液交替進入大腦，每20秒鐘輪換一次。

換句話說，人類大腦在深度睡眠時放慢了腦神經放電的頻率，從而減少了對血液的依賴，腦脊液便可趁機進入大腦，開始清理工作，睡眠就是通過這種方式為大腦打掃衛生的。

那么，大腦究竟有哪些廢物需要每天清理呢？答案很可能包括β-淀粉樣蛋白（β-Amyloid）。熟悉阿爾茲海默病的人都知道，這種蛋白一直是該病最重要的病理指標，甚至一度被認為是該病唯一的病因。但是，此前專門針對這種蛋白的新藥研發全軍覆沒，說明此病很可能另有原因，比如還有其他代謝廢物與此病有關，這就是為什么光減少β-淀粉樣蛋白沒有用，必須將所有與阿爾茲海默病有關的代謝廢物全部清理出去。

路易斯博士的這項研究正是與此有關的。她將研究結果寫成論文，發表在2019年11月1日出版的《科學》（Science）雜志上。她相信，如果未來的科學家們能夠掌握控制腦脊液流動的方法，就能動員起人體自身的清潔工，把腦部產生的所有廢物全部清理出去，從而更好地預防阿爾茲海默病。

在這一天到來之前，我們也可以自救，方法就是好好睡覺，別老熬夜了。