解开睡眠的秘密：我们为什么需要睡眠？

在筑波大学国际综合睡眠医科学研究机构外，浓烈的木樨喷鼻满盈在空气中，金色的大蜘蛛在灌木丛中织网。两个头戴平安帽的男士在大门边一边咕哝，一边将粘合剂粘到石板色墙上。可以看出这栋大楼方才完工，乃至于他们还在张贴指示标记。

研究所当作立已有五年时候，楼还很新，却吸引了约120名从瑞士到中国的研究者来到这里，他们的研究涵盖从肺病学到化学的各个范畴。在东京往海说神聊约1小时车程的筑波大学，依靠日本当局和其他来历的帮助，研究所本家儿任柳泽正史（Masashi Yanagisawa，柳沢正史）成立了一个旨在研究睡眠的根基生物机制的尝试室，他的研究与对睡眠问题的当作因和疗法的本家儿流研究不尽不异。在这里能看到一间间装满闪亮仪器的房子，熟睡在箱子里的小鼠和依靠螺旋楼梯毗连的通风的工作间。这里所有的资本都是为了探讨生物需要睡眠的原因。

当我们问研究者这一问题并当真听他们的回覆时，会发现此中蕴含着对研究的敬畏感和挫折感。在某种水平上，我们将惊奇于睡眠的遍及性：在生物激烈的保存竞争中，历经多个宿世纪的流血、灭亡和争斗，无数生物都需要睡个漫长的好觉。这似乎对生物之后的斗争没有益处。睡眠这一极具风险的习惯是如斯的平常和持续。这也就意味着非论睡眠时发生了什么，它必定是那时最为主要的勾当。非论睡眠对睡眠者有什么感化，它必定是值得睡眠者为此支出灭亡风险的，一次又一次，持续平生。

_{—柳泽正史（Masashi Yanagisawa）}

睡眠压力

睡眠的具体效益依旧当作谜，这一未知始终贯串于很多生物学家的糊口。在筑波的一个雨夜，研究所的一队科学家堆积在居酒屋，仅仅闲聊半小时后，睡眠研究就又当作了话题中间。

“即使一个小小的水母在被强迫清醒更多时候后，也需要更多的睡眠。”一位研究员赞叹道（参考自一篇新论文，在这论文里，小水母被水流不竭强迫推离它们的位置以连结清醒）。

“还有一篇关于鸽子的研究，您读了这篇文章吗？”另一位研究员问道。

研究员们一致认为这些谈话很是有趣。在桌子上，蔬菜和海鲜天配偶罗已经变凉了。比拟于睡眠问题，研究员们已经忘了这些菜肴。

尤为出格的是，睡眠抵偿现象不仅呈现在水母和人类身上，而是整个动物王国。研究者们试图借此探讨关于睡眠的更重大的问题。很多研究者认为，探讨睡眠当作因有助于我们理解睡眠的功能。

生物学家们将睡眠抵偿现象称为“睡眠压力”：睡得太晚导致睡眠压力。在晚上的时辰感受昏昏欲睡？当然了，当您清醒了一天，您已经在堆集睡眠压力！但就像“暗物质（指代那些素质不明的事物）”，您越花时候思虑睡眠压力，它越像托尔金的谜语游戏（译者注：指《霍比特人》中比尔博和咕噜的猜谜）：是什么工具在清醒的时辰成立，在睡眠的时辰分离？是计时器吗？是一个天天堆集并需要被冲走的分子吗？这一锁在脑室中，期待每晚被擦去的计时器事实是什么？

“是什么如斯主要，以至于您甘愿冒着被吃失落的风险，以及抛却进食和生殖呢？

睡眠压力的生物学研究早在一个多宿世纪以前就已经起头了。在浩繁知名的尝试中，一位法国科学家让一只狗清醒了跨越10天时候。然后，他把从这只狗的大脑中抽取的液体打针到一只正常作息的狗的大脑中，原本作息正常的狗很快就入睡了。这表白在液体中存在着某物质，它在睡眠褫夺环境下堆集并使得狗快速入睡。尝试的目标恰是为了该物质，它就像睡眠之神的小辅佐和电灯开关上的手指。当然，对这一催眠素（hypnotoxin，法国研究者对这一物质的称号）的探讨将揭示动物睡眠的原因。

寻找睡眠诱导物质

在二十宿世纪上半叶，一些研究者起头将电极放到人类被试的头皮上，以期可以或许摸索睡眠者头骨内的大脑信息。

凭借脑电图，研究者们发现大脑在睡眠时有清楚的勾当路径，与我们所想的平稳状况判然不同。当我们闭上眼睛加深呼吸，脑电图显示脑波从清醒状况的严重激烈改变为睡眠早期状况的长又迟缓。大约35-40分钟今后，新陈代谢变缓，呼吸也加倍迟缓，睡眠者就很难被唤醒了。过了一段时候后，大脑似乎翻转了开关，脑电波又变得短而急促。这一状况被称为快速眼动相（以下简称REM），REM是梦发生的阶段（对REM的一个早期研究发现，不雅察婴儿眼睑下的眼动状况可以或许展望他何时醒来）。人们会不竭反复上述的睡眠轮回，直到在某一段REM后醒来。此时，他们满脑子都是有同党的鱼和不记得曲调的歌声。

睡眠压力会改变这些脑波。被试被褫夺的睡眠时候越长，其REM前的慢波将更大。在那些被褫夺了睡眠并戴上电极的生物中（包罗鸟、海豹、猫、仓鼠和海豚），也遍及呈现了这种现象。

若是您需要更多的证据来证实睡眠（具有特异的多阶段布局且会用荒谬事物填充您的大脑）并不是一种消极的保留能量的状况，那么可以借鉴下金仓鼠们。科学家们发现，它们多次从蛰伏中醒来进行真正的睡眠。无论它们从睡眠中具体获得了什么，这些收成都是无法从蛰伏中获得的。尽管（在蛰伏中）它们尽可能减缓了身体的各项勾当，睡眠压力依旧积攒起来。“我想知道的是，为什么这一脑勾当是如斯的主要？” 筑波大学新研究所的研究员之一卡斯珀·沃格特（Kasper Vogt）说道，“是什么如斯主要以至于您冒着被吃失落的风险，而且抛却了进食和滋生进行睡眠？”

对催眠素的寻找不克不及说是不当作功的。研究发现了几个导致睡眠的物质，包罗一种叫做腺苷（adenosine）的分子。当大鼠醒着的时辰，这一分子似乎会在大脑的某些区域呈现，然后在大鼠睡着的时辰消逝。腺苷是极其有趣的，因为腺苷受体似乎是咖啡因起感化的处所。当咖啡因同腺苷受体连系时，腺苷就不克不及与腺苷受体连系。这就是咖啡因可以或许防止您昏昏欲睡的原因。可是对催眠素的研究并不克不及完全诠释身体是若何记实睡眠压力的。

举个例子来说，若是是腺苷使我们从清醒到入睡，那么腺苷是从哪里来的呢？有人说腺苷来自于神经，有人说它是另一种脑细胞。但并没有一致的成果。无论若何，“这底子与存储信息无关，” 柳泽正史说道。也就是说，这些物质自己并不存储睡眠压力相关的信息。它们只是对睡眠压力的一种反映。

睡眠诱导物质可能来自于成立神经元之间新联系的过程之中。齐亚拉·西雷尔（Chiara Cirel）和朱利奥·托诺尼（Giulio Tononi）是威斯康星大学的睡眠研究员，他们认为既然我们的大脑在清醒时成立神经联系，或者说突触间的联系，那么有可能在睡眠时大脑在削减那些不主要的联系，如一些与其他联系不合适或不克不及帮忙理解宿世界的记忆或形象。托诺尼猜测，“睡眠是一种解脱无用记忆的体例，这一体例对大脑是有益的。”另一个研究团队发现，有一种卵白质进入到几乎不消的突触间来粉碎它们，而这种行为发生的时候恰是高腺苷程度的时辰。也许睡眠时候就是这一清理过程发生的时辰。

睡眠的机制

对睡眠若何工作的研究依旧有很多谜团，研究者们正尽力从其他角度探寻睡眠压力和睡眠的底层机制。

筑波大学的一个研究团队在林勇（Yu Hayashi）的率领下，摧毁了一组小鼠的脑细胞。这一过程带来了令人惊喜的当作果。经由过程褫夺小鼠的睡眠，尤其是快速眼动睡眠，即不竭在小鼠快睡着的时辰把小鼠摇醒（就像被婴儿哭闹声吵醒的怙恃们），堆集大量快速眼动睡眠压力。这就意味着小鼠必需鄙人一轮睡眠时抵偿这些被褫夺的睡眠。可是，没有了这些被摧毁的脑细胞，小鼠可以跳过快速眼动睡眠，即不必耽误睡眠时候。这些小鼠是否完全无损地离开了睡眠抵偿仍然未能定论，研究团队测试的是快速眼动睡眠是若何影响小鼠在认知考试上的表示的。可是，这一研究发现了快速眼动睡眠相关的区域，这些细胞或这些细胞所属的神经回路可能记实了睡眠压力。

_{—筑波大学国际综合睡眠医科学研究机构}

柳泽正史老是偏好大项目，如扫描当作千上万的卵白质和细胞受体来不雅察它们做了什么。事实上，20年前的一个项目将他带入了睡眠科学研究。他和他的合作者们，在发现了一种被他们定名为阿立新（orexin）的神经递质后，熟悉到小鼠在掉去这一递质后持续解体的原因在于它们睡着了。这种神经递质在患有嗜睡症的人身上被证实是不存在的，他们不克不及生当作这一神经递质。这一发现有助于激发对这一状况的根本研究。事实上，筑波大学的一队化学家们正与药物公司合作探讨阿立新近似物的治疗潜能。

“我们相信，SIK3是睡眠机制中的一大主要身分。

比来，柳泽正史和他的合作者们正在进行一个规模复杂的扫描项目，期望能辨别出睡眠相关的基因。项目里的每一只小鼠都表露在一种能引起变异的物质中，并配有专属的脑电图传感器。它们蜷缩在木屑堆里堆集睡眠压力，并由机械记实其脑电波。至今为止，已经不雅察了8000多只小鼠的睡眠环境。

当小鼠的睡眠状况异常时，即小鼠经常醒来或睡太久时，研究者们将深切研究其基因组。若是有任何一处变异可能是它的当作因，研究者将改变小鼠的这一基因布局来研究为什么这一变异影响了睡眠。很多卓有当作就的研究者们用同样的方式研究果蝇等生物，并取得了庞大前进。比力而言，尽管对小鼠的研究破费庞大，但其益处在于可以像人类被试一样进行脑电图的研究。

几年以前，柳泽正史的研究团队发现，一只小鼠似乎无法解脱它的睡眠压力。它的脑电图显示它的平生都处于昏昏欲睡的怠倦状况，即使改变了变异基因也没有缓解这一症状。“这一变异体相较正常小鼠具有更高振幅的睡眠波。它一向处于睡眠褫夺的状况。”柳泽正史说道。这一变异发生在SIK3基因上。变异体醒的时候越长，SIK3卵白质就堆集更多的化学标签。在2016年，研究者们将SIK3的发现与另一睡眠变异一同颁发到《天然》杂志上。

尽管SIK3与睡眠的具体联系依旧不了了，但酶上堆集的标签（如同沙漏里的沙一点点流标的目的底部）就已经让研究者们兴奋了。

当研究者们更深切睡眠这一谜题时，这些发现照亮了前路。它们是若何联系的？它们是若何合作以起到更高文用的？这些问题依旧没有谜底。研究者们但愿谜底能在两年内解开。在上述故事里，在国际综合睡眠医科学研究机构，小鼠们在一排排塑料箱里进行着它们的工作——醒来又睡去。在它们的大脑里，也在我们的大脑里，锁着一个奥秘。

_{作者：VERONIQUE GREENWOOD}封面：Davide Bonazzi

翻译：纯牛奶太甜

_{校对：tangcubibi，EON}

_编纂：EON

_{原文：https://www.theatlantic.com/science/archive/2018/01/the-mystery-of-sleep-pressure/549473/}