睡眠,看似与我们的行动力背道而驰。睡觉时,我们的肢体处于休眠状态,似乎什么都干不了,无法写稿,无法谈生意,没有任何产出。不是有人说过“梦里走了许多路,醒来还在床上”么?

可是,没有人意识到,睡觉——我们自出生起就掌握的技能,近些年来似乎变得越来越麻烦。有人彻夜失眠,有人难以入睡,有人每天在睡眠与醒来之间挣扎,要么被闹铃叫醒后感到没有睡够,要么真的睡到自然醒后又为睡眠时间“过长”而内疚不安。

今年7月,《纽约客》深入分析了近些年来关于睡眠的一系列研究,并对相关研究者进行采访,解答了我们为何难以入睡、睡眠到底有什么好处、睡眠不足有什么影响等大众关心的问题。

《赛先生》特综合报道,希望读者更多地了解这个我们每天都会重复的过程。

什么影响了我们的睡眠?

人是怎么入睡的呢?想象一下这个过程吧。你的体温开始下降,手脚保持温暖。褪黑素分泌增多,大脑得到需要休息的讯息,你的血压下降,心率变慢,呼吸平缓。然后,你轻轻入眠。

完美!你会忍不住赞叹。

先不要急着赞美。实际上,这只是个理想化的描述。睡眠并不是一个简单的过程,而且近些年来似乎变得很麻烦。布莱根妇科医院(Brigham and Women’s Hospital)睡眠医学部主任Charles Czeisler的研发发现,过去50年,人们工作日平均睡眠的时间从8个半小时下降到不足7个小时。更详细的数据是,31%的人每晚睡眠时间少于6个小时,69%的人认为自己睡眠不足。不过,睡眠减少的现象并不仅仅发生在成年世界,我们人类这个种群都比以前睡得少了。南澳大利亚大学睡眠专家Lisa Matricciani博士对1905年至2008年的儿童睡眠数据进行了分析。她发现,在这期间,儿童的睡眠时间几乎每年要减少一分钟。

基本上,睡眠减少的问题并不在于我们睡醒的时间提前了,大多数时候与我们选择何时睡觉、如何睡觉关系很大。Elizabeth Klerman在布莱根妇科医院睡眠医学部负责数据分析和建模工作。她研究环境的个体差异如何影响我们的昼夜节律(circadian rhythm)和入睡的能力。“不管你有多累,何时上床会影响到你睡眠的时长,”她说。

进入睡眠状态究竟需要多长时间受到一系列因素的影响。为了弄清楚这些因素各自的重要性,Klerman首先对受试对象的习惯进行了评估,包括他们平时入睡的时间,起床的时间,以及睡觉过程中遇到的问题,是否用过睡眠辅助药物等。这些信息收集完毕,Klerman和同事将受试者们带到实验室,并监视他们的睡眠,评估每个因素对入眠的影响。

遗传因素部分地影响我们的睡眠。很多睡眠障碍,包括失眠症和昼夜节律失调,很大程度上受到遗传因素的影响。如果因为昼夜节律失眠没能按照日常作息时间休息,你的褪黑素水平就会下降:通知你应该睡觉的激素分泌不足,或者相应的受体缺失。但是,我们尚无法全面了解基因是如何影响人类睡眠的。

美国杰斐逊大学的神经生物学家Dragana Rogulja研究黑腹果蝇睡眠周期多年。她指出,睡眠基因在许多物种身上得到保存,而果蝇与人类有诸多相似之处,比如果蝇的基因构成与人类类似,和人一样喜欢每天在固定的时间睡觉。6月29日,她和同事在《当代生物学》刊发的研究显示,睡眠时间比同伴少的果蝇体内存在一种名为Taranis的基因变异。“关于睡眠仍有许多未解之谜,尤其是在分子水平上启动这一过程的蛋白质机制。” 论文的另一作者、助理教授Kyunghee Koh表示,该研究发现了能控制人们睡眠时间的新分子路径和大脑区域。

即便如此,人类基因在过去100年没有发生大的变化。遗传倾向性并无法解释为什么有那么多人存在睡眠问题。许多研究者发现,良好的睡眠卫生非常必要。良好的睡眠卫生甚至可以克服一些遗传因素的影响。反过来,差的睡眠卫生带来的影响可能与最严重的遗传疾病同样糟糕。

睡眠卫生的因素也包括生活习惯。尼古丁、咖啡因和酒精对睡眠都存在负面的影响,尤其是在睡觉前使用负面影响更甚。参加运动、按时吃饭,我们入睡得会更快一些;吃饭太晚或吃得过多,入睡就会变得困难。这一作用是相互的。睡眠障碍与体重增加也有关系。如果你在睡觉前肚子空空如也,睡意同样会逃得无影无踪。

事实上,任何计划的改变都可能影响到睡眠。麻省理工学院媒体实验室情感计算研究组主任Rosalind Picard发现,睡眠的不规律是影响个人睡眠质量最重要的因素之一。在规律的时间上床睡觉要比熬夜一宿,然后第二天补觉要更健康。规律的睡眠对考出更高的绩点、拥有好的心情同样有帮助。

睡眠卫生这一项中最重要的因素可能还是光的影响。过去一个世纪,光亮在夜晚已经变得非常普及。实际上,人眼中特殊的感光细胞会对黑暗和光的变化做出反应,仅在调控我们的昼夜节律中使用。这些黑视蛋白(melanopsin)受体与大脑调控机体生物钟的部分直接相连。它们甚至在盲人身上也会发生作用:盲人即使知觉,他们的身体仍旧知道如何调节生物钟。光帮助身体感知未来,它告诉我们周围环境在未来几个小时或几天将如何变化,我们的身体如何做好准备。哈佛大学神经科学家Steven Lockley说,“我们的时钟已经进化到可以预测明天了。”

然而,这种天然的预测系统现在变得方寸大乱。人类越来越多地被短波光或“蓝光”所包围,我们的昼夜节律系统会将之误以为日光。电脑、电视、手机和电子阅读器都会散发出蓝光;90%的美国人使用发射蓝光的电子设备。当我们使用散发着蓝光的设备时,我们实际上是向大脑发送推迟睡觉的信号。“我们对我们的黄昏做了什么?”Charles Czeisler叹道。当黄昏因为这些虚假的日光逐渐推迟时,我们感受到的是喷涌的能量,而非本该分泌的褪黑素。

Czeisler发现,人造光可以把我们的生物钟扭转4到6个时区。这取决于我们接触到的事物。在《美国科学院院刊》(PNAS)今年年初发表的一个研究中,Czeisler和他的同事让受试者在睡前看4个小时的纸质书或电子书,5个晚上为一组。结果是非常震撼的。和阅读纸质书的人相比,阅读电子书的受试者分泌出来的褪黑素更少,也更加不易感到困倦,分泌褪黑素的时间也推一个半小时,而生物钟也被改变。他们需要花费更长的时间入睡。次日清晨,他们的状态也不够机敏。

然而,并非只有长时间接触蓝波光才会如此。Lockley在进行睡眠实验室发现,受试者即使接触短波光不到12分钟,也出现了以上变化。

很多无法入睡的人都会寻求睡眠辅助药物。不幸的是,现有的药物可能不足以改变过多刺激带来的影响。我们通过药物治疗得到的睡眠与常规睡眠不同,可能也不如我们想象的那样有效。马萨诸塞州综合医院睡眠信息实验室和睡眠医学部门的负责人Matt Bianchi说,使用睡眠辅助药物的人只比不使用药物的人平均多睡30到40分钟。而且,市场上还没有药物能够完全模仿睡眠的自然路径。相反,很多药物会抑制眼球快速转动和慢波睡眠。Bianchi因此写道,这可能“损害睡眠的康复价值”。使用一些睡眠辅助药也会带来异态睡眠的风险。异态睡眠是指一个人处于睡眠状态时会有吃东西或离开房间的行为,醒来却回忆不起自己做过这些事情。一般来说,不推荐持续使用这些药物超过一周的时间。

当然,我们也有非药物的方法来促进睡眠。Lockley和Czeisler已经研发出一种灯光系统帮助人们在应该睡觉的时间产生睡意。这一系统一开始发出让我们保持清醒的波长的光,然后逐渐慢慢地变成更长、更“温暖”的光,告诉我们的身体准备睡觉。这一系统也被NASA采用,将在2016年10月安装在国际空间站。对消费者而言,大多数电子设备都可以安装蓝光过滤器。

还有一些行为方式上的方法。哈佛大学医学院的睡眠研究者Susan Redline推荐认知—行为疗法。她认为,其他“意识—身体疗法”,比如太极、瑜伽和冥想,也可能有效果。Redline正在为存在睡眠问题的波士顿低收入居民开发一种瑜伽干涉疗法。瑜伽锻炼可以促进睡眠的相关研究为这一工作提供了理论基础。巴西佩洛塔斯大学(the Federal University of Pelotas)研究员Pedro Hallal领导开发的巴西疗法为低收入地区提供免费公共场馆服务,对改善睡眠有良好的前景。

改善失眠还需要寻找更多的解决办法。一方面我们的睡眠问题在恶化,另一方面,我们却没有太好的方案来应对这一变化。

我们为何需要睡眠?

人生近三分之一的时间在睡觉。我们为什么要睡觉呢?

我们睡觉时,身体意识都非常脆弱。而且,睡觉时我们什么都不干,表面上看是产生不了任何效益的。1719年,考顿·马瑟(Cotton Mather)在一次布道时称,过量睡眠“有罪”,并哀叹我们经常在本该工作时睡觉。本杰明·富兰克林则有一句著名的俏皮话:“人在坟墓里将睡个够。”

很长一段时间,睡眠被认为是无用的一件事,甚至是研究睡眠的科学家都觉得睡眠很搞笑。哈佛大学的睡眠研究者Robert Stickgold还记得他之前的合作者J. Allan Hobson开玩笑说,睡眠唯一的功能就是治疗瞌睡(sleepiness)。2006年,脑神经科学家Marcos Frank在一篇研究睡眠功能的论文中总结道,睡眠对人类认知的效果是“微弱或模糊的”。

过去十年,尤其是在去年,睡眠之谜正被逐步揭开。实际上,睡眠是我们生命中重要的一部分。我们需要闭上眼睛,什么也不做,进入睡眠的状态。

观察睡眠中的不正常现象,可以帮助我们了解人类为什么需要睡眠。快速动眼(REM)睡眠行为障碍患者在进入REM睡眠状态时会进行和梦境一致的运动活动。REM睡眠行为障碍是神经变性病(neurodegenerative disease)的前兆。蒙特利尔一个睡眠研究中心发现,有一半以上的REM睡眠行为障碍患者在发病12年之后表现出神经变性病的临床表现,比如,睡眠中出现几秒甚至几分钟的呼吸暂停。试验表明,REM睡眠行为障碍与糖尿病和心血管疾病相关,会导致认知功能障碍。清醒状态下的功能障碍大约有10%是慢性失眠症的结果。慢性失眠会导致生活质量低下,带来抑郁症以及心血管疾病、高血压、认知功能和运动功能障碍等疾病的增加。

睡眠是身体修复与维护认知功能的需要。同时,睡眠可能有利于缓解血管张力。失眠症与抑郁症存在相关的事实说明,睡眠可能有助于应对情感压力或其他混乱事态。

2000年,Stickgold在《自然》发表的一项研究表明,睡眠和做梦对记忆巩固有重要作用。受试者们被要求在三天的时间内每天花7个小时的时间玩一款游戏。一些人从来没有玩过这款游戏,另外一些人对这款游戏轻车熟路。第三组受试者则是遗忘症患者,他们的内侧颞叶和海马体存在严重损伤。这种情况下,他们无法形成新的记忆片段。每个晚上,当受试者睡觉时,会被不断叫醒,并被要求回忆梦到了什么。结果证明,他们梦到的是这款玩的游戏。令人吃惊的是,即使是遗忘症患者也会梦到这个游戏。第二天醒来,受试者已经记不起游戏,也记不起半夜叫醒他们的人,但是他们回忆的形状很符合之前在游戏中观察到的图案构造。

此后,关于记忆与记忆功能相关的证据开始不断涌现。

2013年,Stickgold发表了一篇综述,总结其他研究者在这一领域的进展。他认为,睡眠不仅对记忆巩固至关重要,也是一种非同寻常的选择机制。有时候,我们记起一件事仅仅因为它令人激动或悲伤。有时候,我们为了弄明白一件事为何重要,努力回想每一个琐碎的细节。Stickgold说,睡眠和做梦,帮助我们对材料进行筛选,存储重要的内容,不管这一内容是大量信息中的要点还是一个具体的细节。“梦里,我们得到的只是片段。醒来后,我们知道所有。”

图宾根大学(the University of Tübingen)神经生物学家Jan Born和明斯特大学(the University of Münster)神经科学家Ullrich Wagner 曾让受试者解答一道相对复杂的数学题。这个问题有一个比较简单的解决方法,只要使用一个抽象的概念就能很快得出答案。当然,受试者并不知道这一点。少数人在一开始就找到了答案。8个小时以后,每位受试者重新做这道题。在此期间,一些人可以睡觉,而另外一些人不可以。结果显示,没有睡觉的人快速得出答案的只有四分之一,而在这8个小时内睡觉的人找到捷径解题的人达到60%。实际上,我们在睡觉时,大脑就会重放白天的经历,对这些信息进行加工,学习,筛选。某种意义上讲,大脑一遍睡觉,一边思考。

我们的体格健康似乎也与睡眠联系密切。为了测试心脏与睡眠之间的相互影响,生理学家让一群身体健康、没有心脏病史的男性受试者处于睡眠缺失的状态。在不同的时间点,科学家们测量这些受试者的血管健康程度,检查他们的心跳、血压和与心脏病相关的蛋白质水平。两天之内,受试者的每个指标几乎都上升了。相反,一个针对睡眠窒息症的研究发现,对呼吸窒息进行治疗改善了血管功能。病人一旦能够熟睡,心脏的压力就会得到缓解。

睡眠对大脑功能的重要性可能更为关键。除了能够对记忆和解决问题的功能产生影响,睡眠还可以帮助大脑保持灵敏、年轻和健康。

两年前,罗切斯特大学的神经科学家Maiken Nedergaard 发表了多年来研究睡眠作用的结果。她对大鼠处于清醒和睡眠状态时的大脑进行分析,发现睡眠是大脑的保养系统。清醒时,我们的活动在大脑里筑起瓦砾,毒素在大脑中形成,如导致产生阿尔兹海默症的β淀粉样肽(beta-amyloid,Aβ),而一些通常无害的蛋白质发生错误折叠。Aβ异常是阿尔兹海默症最早期阶段的生物标志物,大量研究表明,Aβ积累在阿尔兹海默症的大脑病理变化和认知障碍中起重要作用。我们睡觉时,脑部的类淋巴系统(glymphatic system)就会进行扩张,通过大脑的组织泵送脑脊髓液(Cerebrospinal fluid)回到大脑,清理大脑中的废物。类淋巴系统是处理大脑细胞废物的净化系统。这是对淋巴系统(lymphatic system)的致敬,淋巴系统负责身体内废物的清理工作。如果大脑得不到足够的休息,大脑内毒素累积,神经变性病就会产生。痴呆最早期的标志之一就是睡眠紊乱(sleep disturbance),控制时长的一些基因也与阿尔兹海默症相关。睡眠崩解(sleep disruption) 与神经变性病产生的生物机制一样。

所有的研究表明,我们睡觉时,身体正进行着重要的工作。然而,很少有人拥有足够的睡眠。一些人甚至永远无法体会到完全清醒是一种什么样的体验。晚上没有休息好,你的状态是什么样呢?越来越多的科研工作者开始研究慢性睡眠短缺如何影响我们的生活。

睡眠不足有什么后果?

你昨晚睡得好吗?你觉得你是不是已经完全清醒,现在是最明亮、最聪明和最能干的你?

不幸的是,这只能是大多数美国人的白日梦。哈佛大学神经科医生和睡眠医学专家Josna Adusumilli 告诉《纽约客》:大多数人都不是处于最理想的运行状态。她说,有5000万至7000万的美国人受到慢性睡眠障碍的折磨。

睡眠短缺会带来严重的后果。睡眠惰性(sleep inertia)是睡醒后昏昏沉沉、不够清醒的一种状态。实际上,所有人都饱受睡眠惰性的折磨。睡眠惰性的持续时间很大程度上取决于我们睡眠的数量与质量。如果你休息充分,睡眠惰性很快就会消散。但是,如果没有休息好,它可能会持续一天,让你不愉快甚至带来危险。

很多人都体验过睡眠不足带来的后果。波士顿儿童医院儿童睡眠中心主任Judith Owens研究学校上课时间对学龄儿童健康的影响。她的结论不太乐观。对大多数成年人而言,每天8小时的睡眠已经足够,但是学步儿童需要大约13个小时的睡眠,包括白天的小憩。青少年则需要大约9个半小时;而且,他们更趋向成为夜猫子,按照理想的昼夜节律,他们应该是晚睡晚起。从20世纪60年代开始,学校的作息时间开始提前,这对学生的健康造成严重影响。“这不仅造成睡眠缺失,而且扰乱了昼夜节律。”Owens说。“当他们的大脑还处于深度睡眠状态时,他们却不得不醒来。早上6点叫醒一个小孩就像是在夜里3点叫醒一个成年人。”

这一结果类似于持续的飞行时差反应,而且因周末过多的睡眠得到恶化。决策功能和情绪反应变得更加糟糕。做出正确决定的能力受到影响,孩子们可能变得容易感到沮丧。事实上,注意力缺陷多动障碍(A.D.H.D.)诊断的增加也许部分是孩子睡眠不足的结果。孩子被剥夺睡眠出现的症状包括多动症和对外界刺激理解能力遭到损害。Owens在她的临床实践中遇到过多起这样的错误诊断。睡眠不足对身体发育也有影响。低于标准睡眠时间的孩子更有可能出现肥胖症。即使是6个月大的婴儿,睡眠时间多少也可以预测出他三年以后增加的体重。另一方面,上课时间更加健康的学校在出勤率、测试分数、平均绩点和健康状况都要更好。

一项研究表明,通过干涉推迟上课时间,不仅仅是学业成绩得到提高,发生汽车相撞的事故减少70%,抑郁症报告的比率也下降了。Owens发现,即使是推迟半个小时,结果依然得到了改善。她说,“学校上课时间应该考虑学生的健康和状态,而不是为了大人的方便。”

随着我们年龄的增长,我们的睡眠质量只会变得糟糕。Adusumilli说,如果一个人连续12天每晚睡6个小时——这也是许多美国人每年睡觉的时间——他的认知和体能表现几乎变得与一个24小时不合眼的人一样,难以区分。持续6天每晚睡4个小时也是一样的结果。一个人24小时保持清醒状态,他的表现和一个血液酒精浓度为0.1%的人类似。换句话说,“正常”水平的睡眠缺失让我们的表现达到了醉酒的效果。

短期来看,睡眠短缺对我们的表现产生了深远的影响。首先是对感觉以及运动技能的影响。在对大学篮球运动员的一项研究中,休息充分的运动员比那些照常作息的运动员表现更出色。情绪控制也受到影响,大脑前额皮层与杏仁体之间的连接会减弱,我们就变得容易冲动,也容易抑郁。

我们思考和决策的能力也会急剧下降,学习、记忆、简单计算和解析推理方面表现糟糕。事故和错误发生的比率上升。在对布莱根妇科医院实习生进行的一个研究中,与那些工作时间短,16个小时轮一次班,并且得到休息的实习生相比,正常工作的实习生每个晚上因注意力不集中犯的错误错多出一倍,这一结果还被多次重复。

睡眠短缺对健康的影响更是长期的。我们更容易出现新陈代谢和内分泌方面的问题,比如体重增加,进而导致罹患糖尿病和心血管疾病的风险增加;免疫功能下降,得癌症的风险增加;认知能力退化加速,痴呆风险增加。

即使你从现在开始增加睡眠,可能也太晚了,因为孩子的大脑成长变化太快,他们比成年人更容易受到睡眠短缺的影响;那些影响可能伴随他们一生,不管他们日后习惯如何。

对成年人而言,短期睡眠不足,我们还可以恢复过来。宾夕法尼亚大学的睡眠研究者David Dinges在研究中发现,在经过5晚睡眠不足后,一个晚上的良好睡眠可以让你重新精力充沛。真的是长期睡眠短缺的话,想恢复过来要靠睡眠的质量。身体机能回升可能需要几周的时间,有时候甚至更长。我们经常没办法享受每晚十个小时的睡眠,即使是一周,也太奢侈了。

讽刺的是,很多人即使可以,也并不想多睡一会儿。我们并没有意识到,我们剥夺了自己的睡眠。很多人认为,我们每天睡5到6个小时没问题。我们真诚地相信,我们已经做到完全清醒,这也是我们的最佳状态。然而,究竟需要多少睡眠,我们对此知之甚少。

布莱根妇科医院的睡眠科学家Elizabeth Klerman在一项研究中让人们在两周时间内遵循自己的睡眠计划。他们可以选择每天多长时间清醒,多长时间睡觉。然后,他们进入睡眠实验室。Klerman对两件事很感兴趣:入眠准备时间和睡眠持续时间。第二天,她发现,受试者平均睡眠时间为12个半小时,即便他们也可以睡16个小时,这表明他们都存在睡眠短缺的问题。在实验室的第一天,测试入眠准备时间时,一些人在技术人员离开实验室之前就睡着了。也就是说,他们极度瞌睡。

然而,他们自己认为他们很清醒,而且状态良好。我们每个人都有自己选择的“不适水平线”,Klerman说,但这并非表明我们真的表现良好。

Charles Czeisler发现,我们在前一两天意识到睡眠短缺对自己表现的影响。然后,我们并没有发挥自己的最好水平,我们再也没有体会到这一点。“这就是另外一个你了,”Czeisler说。

在另外一个实验中,Kalerman研究哪些因素限制了受试者睡眠的时间。她对一位受试者印象深刻,因为他在可以正常睡眠后又回来了。他说希望再次填写表格,重新评价自己大脑的灵敏度和表现。他说,补觉之后他才意识到,他以前有多衰,希望降低自己之前打的分数。“他之前忘记了警告是一种什么样的感觉,”Klerman说。那时,他认为自己清醒、能干。

你为什么希望大脑可以监控自己呢?”Klerman问道。

当前关于睡眠的研究让我们对睡眠有了更深入的了解。我们每个人都希望自己能够做到高产、高效,但是当我们试图通过延长工作时间提高业绩时,实际上并没有什么好处。休息越少,我们失去的只会越多,成效也越低,你原本敏锐的观察力会下降,连幸福感也会减少,甚至还更容易生病。没有人知道,在这个过程中我们牺牲了多少能力与健康。人们只会告诉你,每天睡五六个小时没有关系,还会照样表现出色。实际上,我们完全低估了睡眠的价值,虽然它可能对现在、对未来的表现有着根本性的影响。

和大多数事物不一样,睡眠需要自己亲自完成。这个世界上,没有任何人可以替代你睡觉。