“人一天到底睡多久最好?”这个问题可以说是睡眠话题里最高频的问题了。很多人在网上或其他渠道听过“人每天睡 X 小时”最好的说法,然后因为没有达到这个标准而焦虑或自责,进而陷入一个让自己特别纠结的循环:越想睡够 X 小时,越睡不够。

那么,人一天到底睡多久最好呢?这个问题有标题答案吗?

来源 | 《考试脑科学2:记忆、压力、动机的脑科学真相》

作者 | [日]池谷裕二

译者 | 尤斌斌

“睡觉”是一种神奇的生理现象。人一生中约有 30% 的时间都在睡眠中度过。假设一个人活到了 80 岁,那么睡眠时间就占了将近 25 年。令人惊讶的是,“睡觉”是绝大多数动物所共有的生理现象,即便那会让它们毫无防备地暴露于外界的敌人面前。

一旦被完全剥夺睡眠,动物就会死亡,甚至仅仅是睡眠时间不足,也会对动物的健康和智力造成不好的影响。以上事实表明,睡眠是人类维系生命不可或缺的行为。在此之前,我也一直反复强调,良好的记忆力和学习能力需要充足的睡眠。

但是在世界上,有一类人睡得少却依然身体健康。虽说只是极少数,但这类人的确存在。他们每天只睡 3 个小时,但生活中仍然精神抖擞。这貌似也取决于遗传,世上存在睡得少也不要紧的“血统”。这一事实也反映出,能够削弱睡眠必要性的基因是存在的。

随着科学研究的进展,这种基因终于被发现了。威斯康星大学麦迪逊分校的托诺尼(Tononi)博士专门研究了苍蝇的基因后,发表了他的研究成果。

也许有人会感到困惑:研究苍蝇又能了解人类的什么情况呢?其实,苍蝇拥有的基因数量大约是人类的一半,即 1.3 万个,其中大概有 60% 的基因具有与人类基因相同的功能。苍蝇的睡眠模式也与人类的模式极为相似。比如,苍蝇的昼夜节律是 24 小时;即便是在白天,如果没有外界环境的刺激,苍蝇也会出现较强的入睡倾向;人类的安眠药也能让苍蝇入眠。另外,小苍蝇的睡眠时间更长,这也与人类的情况相同。苍蝇一旦睡眠不足,第二天就会起不来,这也和人类完全一样。而且,睡眠不足的苍蝇会出现能力衰退的现象。

托诺尼博士的研究方法令人大为震撼——他对多达 6000 个苍蝇基因,一个不漏地进行了变异处理,以便彻底研究苍蝇的睡眠情况。最终,他发现了目标基因。这个基因一旦发生突变,苍蝇的睡眠时间竟然会减少 70%。然而,更为震惊的是,明明睡眠时间减少了 70%,但苍蝇的运动能力和智力仍维持正常水平,这正是“短睡眠”的“血统”。托诺尼博士将这种变异苍蝇命名为“minisleep”(mns),其所携带的产生突变的基因有助于稳定细胞的离子运动,调整神经元的活动。就目前阶段,具体原因尚不明确,但可知如果基因功能发生某种变化,将会降低睡眠的必要性。

想要在人类身上应用上述研究,必须开展大量的后续研究并消除伦理问题。不过,从原理层面分析,利用“设计婴儿”(designer baby)等方法进行基因重组,“创造”具有高效睡眠的人类,这并非无稽之谈。

除了睡眠,研究者还陆续发现了有助于提高记忆力或延年益寿的基因,其中的几种已经成功完成了以哺乳类动物为对象的验证性实验。是否可以通过人工手段使我们的子孙后代成为新型人科高级动物呢?人类差不多也到了必须严肃面对这一问题的时候了。

01

大脑中的昼夜节律其实是“25 小时”!

“人睡觉时,身体是在休息的。”这其实是句假话。人即便处于睡眠状态,身体也在消耗能量。

有的人早晨起床时会出汗便是证据,这是由于身体不断在进行新陈代谢。也有人认为,老年人醒得早是因为睡久了会觉得累。不过反过来看,婴儿一直在睡觉,或许是因为婴儿精力旺盛吧。另外,似乎有一种减肥方法叫作“睡觉减肥法”,这种方法也许要比大家想象的更有道理。如果只要睡觉就可以减肥,那我应该也可以一直坚持下去。

我们以 24 小时为周期生活,这通常被解释为“地球自转一周是 24 小时,所以产生了昼夜现象,于是在我们的大脑中形成了昼夜节律”。这种说法是否正确,其实很难判断。生活在高纬度的白夜地区的人们也会按照昼夜节律作息,所以仅仅根据天体活动来解释人的节律周期,似乎无法完全解释清楚。

人就算一直待在明亮的房间或者黑暗的房间中,也会形成昼夜节律。不过,这个周期不是 24 小时,而是接近 25 小时。也就是说,如果没有昼夜交替,我们会“以 25 小时为周期”作息。既然如此,那么为什么我们每天还能定时起床呢?这是因为我们体内以 25 小时为周期的生物钟,每天都会被校正。

换言之,24 小时的周期的确源于地球自转的影响,但是这个周期存在于人脑中其实另有其因。

动物在进化中可能会不断地形成各种不同的周期,也许曾经有些物种的周期是 2.5 天,有些是 1.7 天。只不过周期“接近 24 小时”的动物,比如以 25 小时为周期的动物最容易区分昼夜,因此在生存上较有利。现在,几乎所有的生物以 25 小时为周期生活,由此我们可以推测,这些动物在进化的早期阶段就形成了这种周期。

谈到昼夜节律时,有一个不容忽视的大脑部位,即“视交叉上核”(suprachiasmatic nucleus)。视交叉上核位于人脑的深处,直径大约仅有 2 毫米,是一个极小的脑功能区。

曾经有人做过这样的实验,从老鼠的脑中取出视交叉上核进行酶处理,使神经元充分分离,接着将神经元一一放入培养皿中。只要供给营养,培养皿中的神经元也能健康成长,形成神经回路。之后,实验人员观测了这些神经元的活动情况。

实验观测结果令人吃惊,培养皿中的神经元存在周期节律。也就是说,视交叉上核的神经元是一种“自动时钟装置”。但实验也发现,不同的神经元,其周期节律也各不相同,从 20 小时到 25 小时不等。由此我们似乎可以推测,各个周期节律不同的神经元,通过构建神经回路,会形成一个有规则的周期节律。

动物的 25 小时周期是由脑神经元聚集在一起后自主形成的。不过,也有实验结果表明,将肺部、肝脏或肌肉的细胞分离后进行培养,这些细胞同样也呈现出了周期节律。由此我们可以进一步推测,我们的昼夜节律,也许通过整个身体的同步形成的。

02

为什么人在“浅睡”时会做梦

有时候我会想“人不用睡觉该有多好”,这样一来,我就可以拥有更多的时间来做研究。正如前文所述,即便处于睡眠状态,身体也在消耗大量的能量。既然如此,如果一直不睡觉,专心致志地从事研究工作,那么取得重大发现的机会不就大大增加了吗?

睡眠究竟有什么样的意义呢?

对于这个问题,科学上尚未有明确的解释。不过可以确定的是,人不睡觉会死。人的一生很长,3 天不过是非常短暂的时间;但是,如果人在 3 天的时间里完全不睡觉,就会产生幻觉,受到幻听困扰。就算只有一个晚上熬夜不睡,也会导致注意力不集中、学习能力下降,想必不少人有过这样的体验。虽然原因还不得而知,但非常遗憾的是,睡眠是不可或缺的行为。人的身体似乎就是如此设计的。

睡眠稍有不足,就会造成学习能力和记忆力下降,因此人们常说睡眠对记忆十分重要。这种说法确实是正确的,不过如果说“睡眠是为了记忆而存在的”,就言过其实了。我认为,睡眠的目的不仅限于记忆,而是能对生存起到更为本质的作用。

睡眠分成“浅睡”(快速眼动睡眠)和“深睡”(非快速眼动睡眠)。这是基于大脑活动的分类。从身体的层面来看,情况刚好相反,即快速眼动睡眠阶段,身体反而睡得更深。

人在浅睡时会经常做梦。浅睡时的大脑活动状态与清醒时相同,甚至有些大脑部位的活动比清醒时更为活跃,但与此同时,身体却会如死亡般纹丝不动。这意味着身体已经进入熟睡状态。


图 1 “浅睡”(快速眼动睡眠)时,身体如死亡般纹丝不动,大脑的活动反而越发活跃。

人在深睡时偶尔也会做梦。令人意外的是,大脑神经元活跃度最高的状态,就出现在深睡阶段。不过,此时大脑整体的活动很简单,活动模式大幅减少 ,神经信号的传输也变得不顺畅。在这个睡眠阶段,人的身体睡得不太安稳,会动来动去,比如不自觉地翻身。

总而言之,在睡眠过程中,大脑和身体保持着一种此起彼伏的“跷跷板”关系。大脑高效运转时,身体会进入休息状态;而身体在活动的时候,大脑则降低了活动效率。

03

解开“鬼压床”之谜

人为什么会在浅睡时,即身体在睡眠状态时做梦呢?

浅睡时,身体活动的“开关”相当于“关闭”了。此时做梦,梦只会停留在大脑内部,这可以防止梦中做出的指令传达到身体。反之,梦一般不会发生在深睡时,那么“打开”身体开关应该也没问题。

人在幼儿时期的睡眠深浅周期不明显,所以在睡眠过程中大脑的指令也会传达到身体,出现说梦话等现象。大家是否也有过类似的经历呢?比如,做梦时梦到自己在踢足球,现实中也会做出踢被子的举动。梦境与现实交融的情况在人的小时候会经常出现,但长大后这种情况会变得越来越少。

梦游症,其症状常见于深睡时,即身体处于清醒状态时,所以此时的人能够来回走动,不过当事人几乎没有任何意识。跟梦游的人说话,他们有时候也会应答。即便是在深睡阶段,人的大脑也没有完全睡着,所以出现了这种现象。

反之,人在做梦时突然醒来,有时会发现身体无法动弹。这个现象即所谓的“鬼压床”,学名叫作“睡眠麻痹”(sleep paralysis)。快速眼动睡眠(浅睡)阶段,人的身体处于深度睡眠状态,如果此时突然醒来,会感觉无法控制身体。此外,在该阶段突然醒来,人的意识状态会继续处于梦中。因此,“鬼压床”发生时,人经常会产生不符合现实的幻觉。

有趣的是,“看到鬼”“听到走廊传来奇怪的脚步声”等许多怪谈常与“鬼压床”相伴而生。比如,“夜里醒来,枕边坐着本已过世的祖先。因惊吓放声大喊,却怎么也发不出声音。身体无法动弹,仿佛中邪了一样,没办法逃走”。我不知道世上是否存在幽灵,但是自古以来,在讲述撞见鬼的故事时都离不开“身体无法动弹,恐惧万分”的桥段。从医学角度分析的话,其中的几点确实属于“鬼压床”发生时所产生的幻觉。

睡眠麻痹算是一种“睡眠障碍”。一提到“障碍”一词,有人可能会担心。不过,这种现象在任何人身上都有可能会出现,而且即便出现也不要紧。如果有人声称睡醒时“见到了鬼”,这很可能是“鬼压床”发生时产生的幻觉,而并非什么精神问题。

04

“90 分钟的倍数”——关于睡眠时间的建议

人刚入睡时,会先进入浅睡眠,之后逐渐进入深睡眠,接着再次进入浅睡眠。这个周期大概为 90 分钟。如果人在深睡眠阶段被闹钟吵醒,就会感到脑袋昏昏沉沉。就我个人而言,我会一整天都非常困(也许是心理作用),而且头脑也不清醒。

在浅睡眠阶段快结束时醒来是比较自然的,所以最好能掌握自己的睡眠周期,然后根据周期来确定起床时间。我一般将睡眠时间定为 90 分钟的倍数,即 4.5 小时(270 分钟)、6 小时(360 分钟)或 7.5 小时(450 分钟)。

拿破仑拥有“短睡眠”基因?!

前文曾提到过,研究发现了拥有短睡眠基因的苍蝇 minisleep,我通读过论文后备受鼓舞。短睡眠基因的相关技术在进入应用阶段前,还需要解决包括安全性在内的许多问题。不过,通过刺激短睡眠基因来提高睡眠质量,这肯定能够实现。

在历史人物中,有人或许就拥有短睡眠基因,比如一天只睡 3 小时的拿破仑(如果这不单是奇闻逸事)。不过有意思的是,短睡眠者在过去似乎没有什么优势,至少不会像我们认为的那样具有什么明显的优势。当然,在将来的忙碌社会中,短睡眠也许能变成一种优势。但是,短睡眠也不是那种值得我们期待的优异特质。

发现 minisleep 这种短睡眠苍蝇确实是极具话题性的新闻。事实上,人类中也存在短睡眠的“血统”,由此可以推测人类也存在短睡眠基因。不过,短睡眠基因的真相竟然在于传导钾离子的通道即“钾离子通道”(K+ 通道),这着实让人感到意外。

通常情况下,神经元的细胞膜传导钾离子时,神经活动会受到抑制。也就是说,钾离子通道具有抑制神经活动的作用。控制钾离子活动的基因,其功能一旦发生变化,那么睡眠时间也会随之发生变化。睡眠时间变短一般会造成注意力和记忆力减退,但 minisleep 身上却完全不存在这种情况。也许将来可以开发出靶向刺激钾离子的药物,说不定通过药物选择生活节律的日子也指日可待。比如,我们可以选择“今天来一次短睡眠”。

既然存在“短睡眠”,那么同样也存在与之相反的“长睡眠”。有些人“一天没有睡够 13 小时,会觉得自己好像没有休息过”,想必其中也有一部分原因在于基因。这类人很容易被打上“懒惰”的标签,但是如果这种状况真的取决于基因,那就不能说这类人懒惰了。宽容地接受与自己不同的他人,这种态度应该是未来社会中重要的品质。

05

“睡眠”是整理信息和增强记忆的黄金时间

想要掌握知识,并不是一个劲儿地学习就行,睡眠也非常重要。脑科学的研究表明,大脑会在睡觉期间重现身边发生的事。梦就是记忆在脑中重现的形式之一。大脑也会在睡眠过程中,整理那些需要储存的信息。当然,大脑在白天也会重现信息,但切断外部信息输入的“睡眠”状态,是有大脑专心整理信息的黄金时间。

2000 年,哈佛大学的斯蒂克戈尔德(Stickgold)博士做过一项“断眠实验”,通过研究众多受试者的情况得知,想要提高记忆力,至少需要 6 小时的睡眠时间。而且,斯蒂克戈尔德博士根据睡眠的特殊规律,向媒体表明睡 7.5 小时的效果最佳。

但是对于忙碌的人而言,很难确保每天 7.5 小时的睡眠时间。刊登在英国学术期刊《神经科学》上的一篇论文,让长期睡眠不足的上班族感到欣喜不已。这篇论文的作者是苏黎世大学的戈特泽利希(Gottselig)博士,她要求受试者记忆某个连续的音列,并在数小时后测试他们准确记住的程度。尽管实验过程相当不容易,但在记忆前保持充足睡眠的受试者一律取得了高分。也就是说,睡眠具有“增强记忆的效果”。

她还发现,在增强记忆方面,“闭上眼睛并且放松”的效果同睡觉一致。也就是说,促进学习的必要条件并不是睡眠本身。只要能阻断外部环境的信息输入,大脑就能够整理信息,哪怕是稍微打个盹儿也可以。即便忙得无法保证充足的睡眠,但只要能为大脑提供切断外部信息输入的“个人时间”,这就足够了。大脑中的信息会自然而然地整理妥当,如葡萄酒在酒窖中发酵一般。

对于失眠的人或因第二天有重要工作而紧张得无法入睡的人来说,这也是一个好消息。失眠时只要安静地躺在床上,其效果对大脑而言与睡觉无异,所以无须因失眠而有压力。另外,戈特泽利希博士还表示,边看电视边休息是毫无效果的,因为彻底切断外界信息的输入才是关键。

最后向大家介绍一项发表在《神经科学杂志》上的研究。这项研究是由吕贝克大学的马歇尔(Marshall)博士开展的,她在受试者的头皮上连接电极,对其前额施以电流刺激,结果发现电流刺激有助于提高记忆的留存率。而且,有趣的是,只有在睡眠中的电流刺激才能达到增强记忆的效果,清醒时的则毫无作用。换言之,电流刺激进一步增强了睡眠的效果。也许在将来,人们可以利用辅助设备来实现睡眠的效果,从而减少实际的睡眠时间或干脆舍弃睡觉。

05

记忆在睡眠中会“快进”

一项以老鼠为实验对象的海马体实验,记载了一组记忆在睡眠中再现的实验数据。这组数据证实了“睡眠有助于改善记忆力”。

海马体中存在一些能对生物体所处位置产生相应反应的神经元。比如,“A 神经元”会对“A 地点”产生反应,“B 神经元”会对“B 地点”产生反应。因为海马体对位置的反应极为准确,所以只要监测海马体的活动,就能知道老鼠现在所在的位置。

引导老鼠按照“A 地点→ B 地点→ C 地点→ D 地点”的顺序在迷宫中来回移动,接着再让它返回饲养室休息。结果发现老鼠在睡觉时,它的海马体中出现了“A 地点→ B 地点→ C 地点→ D 地点”这种对相应位置的连锁反应。这是因为在睡觉期间,大脑中的记忆会重现。

一般认为,梦基本上是白天经历的事情的重现。人一个晚上做梦的时间大约为 1.5 小时,但是我们睡着后,会梦到非常多的事情。

也许有人认为:“一天 24 小时中,做梦的时间只有 1.5 小时,根本也梦不到多少事情嘛。”事实上,睡眠中记忆重现的速度比现实中的时间流逝速度要快得多。比如,我们只是在上课时打了一个小盹儿,就有可能做了一个故事很长的梦。特别在深睡眠阶段,记忆重现的速度是正常时间流速的几十倍。

如果每天做梦的时间为 1.5 小时,那么简单换算一下可知,梦可以重现超过一天 24 小时的信息量。不过很遗憾,睡醒后我们几乎不会记得梦的内容,因为记忆不会停留在意识层面。虽然有时候也会记得,但那多是在睡眠最后的浅睡眠阶段,即早晨醒来之前刚做的梦。这些梦中往往有奇怪的场景给人留下了深刻的印象,所以起床后也会记得。

06

不做梦时,大脑在做什么?

梦可以将碎片记忆拼接在一起,构建一个新的故事。

有研究者认为,梦存在的目的在于确保“记忆信息的相容性”。在梦境中,大脑对我们日常生活的经历进行随机组合和重现,所以有时会创造出奇怪的故事,让人摸不着头脑。这种“奇怪”的感觉会深深地留在记忆里。


图 2 老鼠睡觉时,它的海马体会重现关于迷宫的记忆!

自古以来,(能记住的)梦都很离奇,天马行空。因此,有些人将其视作艺术的源泉。在科学家中,也有人在梦中得到启发,其研究成果还获得了诺贝尔奖,比如发现乙酰胆碱是一种神经递质的德国药理学家奥托·勒维(Otto Loewi)。事实上,从门捷列夫发现元素周期表,到披头士乐队创作《昨日》(Yesterday),人在梦中获得启发的故事不在少数。


图 3 灵感闪现的源头也在“海马体”。

那么,在不怎么做梦的深睡眠阶段,大脑到底在做什么呢?

大脑似乎在“将海马体的记忆传输到大脑皮质”。也就是说,大脑在浅睡眠阶段尝试对信息进行不同的组合,确定以后,就接着在深睡眠阶段将信息压缩后传回到大脑皮质。信息从海马体被复制到大脑皮质以后,将被长期储存。也就是说,海马体会要求大脑皮质“储存这些信息”。

07

“闭眼并放松”即可

2006 年 3 月的《自然》杂志刊登了一篇耐人寻味的论文,该文章指出“记忆重现的现象并不只在睡眠中发生”。

在前文提及的实验中,老鼠先在迷宫中按照“A 地点→ B 地点→ C 地点→ D 地点”的顺序来回移动,当老鼠停下脚步时,其海马体中对应的神经元 ABCD 会在这个瞬间产生记忆重现现象。而且,此时记忆重现的时间被快速压缩,与深睡眠阶段的压缩活动相似。也就是说,除了在梦中,大脑在清醒状态下也会“反复回味当时的经历”。

既然如此,有观点便认为“记忆重现无须特意依赖于睡眠”。这一观点来自前文提过的苏黎世大学的戈特泽利希博士。她在论文中指出,“即便不睡觉,‘闭眼并放松’对学习的促进效果也与睡眠一致”。

想要记住学过的知识,睡眠是必不可少的前提条件。如果没办法睡觉,那就“闭眼并放松”,但是在此期间,绝不能打开电视或收音机。因为在外界信息不断输入的环境下,大脑无法顺利实现记忆重现。

最近,睡眠本身的重要性饱受质疑。前些日子,我有幸见到了研究睡眠的专家艾伦·霍布森(Allan Hobson),他似乎也持有同样的看法,毕竟大脑在清醒状态下也能实现记忆重现。如果仅关注记忆这一个方面,那么“切断外部信息的输入”确实显得更为重要。

不过,大脑在清醒状态下重现记忆是非常困难的。人处于清醒状态下,总会忍不住做些事情,比如看电视、聊天、玩游戏、上网等,所以我觉得切断外部信息输入的最佳方法,果然还是睡眠。


《考试脑科学2:记忆、压力、动机的脑科学真相》

作者:池谷裕二

译者:尤斌斌

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