醫學

該睡覺了!

每晚的睡眠都會影響你的心智和身體健康,影響程度遠遠超越你的想像!

撰文/史提高德(Robert Stickgold)
翻譯/謝伯讓

醫學

該睡覺了!

每晚的睡眠都會影響你的心智和身體健康,影響程度遠遠超越你的想像!

撰文/史提高德(Robert Stickgold)
翻譯/謝伯讓


重點提要
■許多研究發現,一夜好眠與好心情、良好記憶力與學習能力都有關係,一般人應該都有經驗。
■過去20年來,越來越多的實驗發現,睡眠機制會影響身體其他功能,包括內分泌激素的平衡與免疫系統的運作。
■儘管如此,研究人員仍無法解釋人類需要睡眠的根本原因,然而關於睡眠的不同生理功能,我們累積的知識已越來越多。


關於睡眠的必要性,最明確的證據來自1989年由美國瑞赫夏芬實驗室、目前任教於威斯康辛醫學院的艾佛森(Carol Everson)所發表的一項研究。艾佛森發現,睡眠完全受到剝奪的老鼠,會在一個月內全數死亡。事實上,她只要不讓老鼠進入睡眠的快速動眼期(rapid eye momvent, REM),就會出現這種致命的結果。但是1/4個世紀之後,研究人員仍無法解釋為什麼缺乏睡眠的老鼠會死?接下來幾年,一連串的實驗只能排除某些死因,例如老鼠並非因為壓力變大、消耗過多能量、喪失體內熱能調節功能或免疫系統失調而死。


剝奪睡眠致死,並不是只發生在老鼠身上,約30年前首度發現的「致死性家族性失眠症」(fatal familial insomnia),就是一種人類遺傳疾病,一如其名,患者會先出現持續失眠,最後導致死亡。1986年,義大利波隆那大學醫學院盧加瑞希(Elio Lugaresi)和馬杜利(Rossella Medori)所領導的研究團隊發表了一個研究案例,描述一位53歲男性在出現無法治療的失眠症狀後,數個月內死亡,而且他有許多兩代之內的親戚也都死於同樣的症狀。死後的病理解剖發現,這位病人大腦視丘中有兩個子區域有大量神經細胞消失。視丘位於中腦,大小如核桃,大致而言是感覺訊號傳入大腦時的轉運站。上述兩個子區域與情緒記憶有關,也與藉由腦電圖(EEG)在人腦睡眠時記錄到的「睡眠紡錘波」有關。


這類的視丘退化如何導致失眠或死亡,目前仍然未知。但是現在我們已經明白,這種退化會造成怎樣的傷害。1990年代初期,當時任職於美國凱斯西儲大學的馬杜利和同事發現,退化是由「普恩蛋白」這種結構異常的蛋白質所造成。普恩蛋白是羊瘙癢症和人腦出現牛海綿狀腦病(俗稱狂牛症)的元凶,只不過在致死性家族性失眠症中,普恩蛋白是透過遺傳機制傳給下一代,而非如其他兩種疾病是因為吃入環境中的普恩蛋白而感染。


幸好,沒有其他因為剝奪睡眠致死的人類病例(意外致死不算,例如司機因為睡眠不足而在開車時睡著,導致車禍致命),但是我們也沒有看過人類可以數月不睡覺的案例。因此長時間剝奪睡眠致死的案例只有兩種:實驗室中睡眠受到剝奪的老鼠以及人類的普恩蛋白遺傳疾病,而這兩種狀況,我們都不知道真正的死因為何?


不過我們知道,失眠一整晚或部份失眠,就會影響身體各種功能,例如內分泌激素的活動以及對疾病的免疫力。有兩項研究檢視人體對肝炎疫苗的免疫反應,並顯示剝奪睡眠會對免疫系統造成巨大影響。


第一項研究是在2003年,一群大學生在早上接受了以不活化病毒製成的標準A型肝炎疫苗後,其中一半的學生在晚上正常睡覺,另一半學生則剝奪睡眠。剝奪睡眠的實驗組一直要到第二天晚上才可睡覺。四週後,研究人員測量受試者的血液樣本中,免疫系統接觸疫苗病毒後產生的抗體數量。一般而言,血液中有較多抗體代表對疫苗有較佳反應,對將來可能接觸到的病原體有較強的免疫力。結果發現,睡眠正常的對照組在四星期後的抗體濃度比實驗組高出97%


即使只有一個晚上剝奪部份睡眠,也會出現明顯的負面結果。在第二項實驗中,成人在六個月內接受了標準的三劑B型肝炎疫苗(必須重複施打疫苗才能產生完整的免疫反應)。研究人員讓每位受試者配戴一種類似手錶的行動偵測器,以記錄他們在家中的睡眠狀況。透過比較受試者在施打第一劑疫苗那週的平均睡眠時數,以及施打第二劑疫苗後的抗體濃度,研究人員發現,每多睡一小時,抗體濃度就會增加56%。施打第三劑疫苗的六個月後,那些施打第一劑疫苗那週平均每晚睡眠時數少於六小時的受試者,體內出現低濃度抗體的比率,比對照組高出七倍,其抗體濃度之低,幾乎可以說對B型肝炎毫無免疫力。


「睡眠不足會破壞內分泌功能」的扎實證據,來自於史派格(Karine Spiegel)的一組實驗。當時她在芝加哥大學與梵高特(Eve Van Cauter)共同做研究,在一項實驗中,他們要求11名健康年輕男性每晚只睡四小時,五天過後,他們體內胰島素移除血糖的能力下降了40%。在另一項實驗中,史派格和同事以類似方法限制了12名男性連續兩天的睡眠,結果發現,受試者血液中的飢餓素(可以刺激食慾的一種激素)濃度上升了28%,同時,另一種稱為瘦身素(可以透過刺激大腦來抑制飢餓感)的激素濃度則下降了18%。毫無意外地,這些睡眠受到剝奪的男性受試者主觀回報的飢餓程度平均上升了23%。


整體來說,這些人體生理學的研究顯示,睡眠不足會導致體重增加。目前至少有50項研究支持這個理論:有好幾項研究發現,6~9歲的孩童如果睡眠少於10小時,肥胖的機率就會上升1.5~2.5倍。成人如果睡眠少於六小時肥胖的機率也會上升50%。也有研究顯示,睡眠不足可能會導致第二型糖尿病。


負能量炸彈


  睡眠不足除了會影響免疫系統與內分泌激素,受到最大衝擊的可能還是腦功能。2006年,我和目前任教於加州大學柏克萊分校的華克(Matthew P. Walker)進行一項研究,我們檢視了剝奪睡眠一晚如何影響情緒記憶的形成。我們記錄26位受試者(其中一半前一晚睡眠受到剝奪)對正面、負面與中性詞彙(例如「平靜」、「痛苦」或「紡織打棉機」)的情緒感受的自評分數,接著補眠兩晚之後,我們出其不意地測試他們的記憶。

  和睡眠正常的受試者相比,睡眠受到剝奪的受試者記憶力下降了40%。更驚人的是,剝奪睡眠對於三類詞彙的記憶力有不一樣的影響。剝奪睡眠受試者對正面與中性詞彙的記憶力都下降了50%,但是對於負面詞彙的記憶力只下降了20%。相較之下,正常睡眠後對於正面與負面詞彙的記憶力並沒有明顯差異,而對中性詞彙的記憶力則比正面和負面詞彙稍差。換句話說,當睡眠受到剝奪,受試者對負面詞彙的記憶力比正面和中性詞彙要高出兩倍。

  這項發現顯示出一個驚人的可能性:睡眠剝奪後,你對負面事件的記憶力會比正面事件的記憶力高出兩倍,你的記憶能力出現偏差,而且是令你心情沮喪的偏差。過去25年來好幾項研究發現,睡眠品質低落在某些情況下會導致嚴重憂鬱,有時甚至達到臨床診斷標準的重鬱症,也會導致其他精神疾病。

  最近幾年,睡眠不足會導致憂鬱症的因果研究越來越多,其中許多證據來自於對睡眠窒息症的研究,這是一種在睡眠中氣體無法順利進入肺部的疾病。睡眠窒息症會導致打鼾、氣喘以及其他呼吸障礙。患者每次短暫停止呼吸時,會暫時清醒過來才能重新呼吸,有些重度睡眠窒息症患者甚至晚上每一、兩分鐘就會醒來一次。2012年,美國疾病防制中心(CDC)的一項研究發現,睡眠窒息症的男性與女性患者罹患重鬱症的機率,比一般人分別高出2.4和5.2倍。不過要注意的是,發現這兩種疾病有相關,並不表示兩者有因果關係。

  然而最近一份針對19項研究的後設分析研究顯示,使用正壓呼吸器治療睡眠窒息症後,患者的呼吸和睡眠恢復正常,憂鬱症狀也明顯改善。其中一項實驗,研究人員募集較多的憂鬱症病人,發現使用正壓呼吸器治療後,病人的憂鬱症狀降低了26%。

  雖然這些結果仍然無法明確證明睡眠品質不佳會導致憂鬱,而且正壓呼吸器療法也沒有和抗憂鬱藥物療法進行比較,但是這些具有暗示性的發現,確實值得進一步研究。

  而2007年的一項研究更發現,同時患有睡眠窒息症與注意力不足過動症(ADHD)的兒童接受了睡眠呼吸窒息的治療後,過動症狀降低了36%,比起典型的ADHD藥物療法的24%療效要高出許多。


既是詛咒,也是祝福


  雖然研究人員仍不知道正常睡眠與缺乏睡眠影響心理健康的生理機制,但是他們猜測,睡眠幫助大腦轉化每天的經驗形成記憶,可能就是關鍵機制。過去20年中,許多研究發現,不論受試者的情緒狀態如何,睡眠與記憶處理有關,例如,學習之後的睡眠,可以選擇性固化記憶、增強記憶並整合與分析新記憶。

  19世紀末、20世紀初的科學家認為,記憶非常脆弱,只有歷經固化歷程,記憶才能轉化成穩定的型式並成為長期記憶。較新的研究顯示,即使大腦已經記錄並固化了某些記憶內容,這些記憶仍有可能發生變化。的確,即使某個記憶已經固化,但是當此記憶重新被喚起時,它仍有可能變成一種較不穩定的型式,在這種較不穩定的形式下,記憶可能會改變或甚至消失,必須要歷經重新固化的過程才能再度保留。

  這個現象既是詛咒,也是祝福。它是詛咒,因為原本正確的訊息可能會出現錯誤;它也是祝福,因為原本錯誤的訊息有機會受到修正。也因此,研究人員開始探討記憶演化,而不是記憶固化,在討論與睡眠有關的記憶處理歷程時,尤其如此。

  與睡眠和記憶有關的現代睡眠研究,大約開始於20年前。以色列神經生理學家卡爾尼(Avi Karni)和同事發現,受試者在接受視覺區辨訓練後,隔天睡醒的表現會更好,但前提是,前一晚進入REM睡眠階段(大部份做夢都發生在REM階段)。實驗結果顯示,睡眠的功能並不只是固化記憶或防止記憶隨時間損毀,睡眠事實上還能夠增進記憶。

  2000年,華克拿著一篇論文到我辦公室來討論,他猜測:「這個功能也和睡眠有關!」這篇論文提到了一項認知作業,受試者必須學習用手指敲打出某種特別的順序。對受試者來說,即使沒有刻意特別練習,這項作業也會變得越來越簡單。不過,論文的作者並沒有檢視睡眠如何讓受試者的表現變好,兩週之內,華克和我就有了答案。我們發現,睡眠的確可以改善受試者的表現,後來華克還發現,改善表現的關鍵在於,受試者是否進入非快速動眼階段的淺眠,而不是REM階段。因此我們得到明確的結論:大腦會在不同的睡眠階段強化不同種類的記憶。

  更進一步的研究發現,並非所有的記憶都會歷經與睡眠有關的固化歷程。2008年,任教於聖母大學的佩因(Jessica Payne)在一項研究中讓受試者觀看各種令人反感的畫面,例如死在路中央的貓。結果發現,一覺醒來後,受試者可以明確記得畫面中的死貓,卻記不得街道的背景。更令人驚歎的是,當她在早上訓練受試者、傍晚再測試他們時(中間沒有睡覺),並不會發生上述的選擇性背景細節遺忘現象。當畫面中央的物體並不令人反感時(例如只是一隻正在過馬路的貓),也不會發生選擇性背景細節遺忘現象。因此,讓大腦記住高度情緒性影像(而非中性影像或背景資訊)的關鍵時期是睡眠,而不是清醒的時刻。

  不過,並非只有情緒記憶才會在睡眠中受到選擇性強化,幾乎所有你想得到的重要資訊都會在睡眠中受到選擇性強化。歐洲的兩個研究團隊發現,受試者接受訓練後,在入睡前告知他們睡醒後是否要接受測驗,他們睡眠中的資訊處理歷程會有所不同。一如預期,只有被告知隔天要接受測驗的訊息,才會受到強化。相較之下,受試者白天接受訓練,然後告知他們傍晚是否將接受測驗時,則睡眠中的資訊處理歷程不會出現明顯差異。因此,大腦選擇性強化重要記憶的關鍵時期是睡眠,而不是清醒的時刻。


重要的是未來,而非過去


  這些發現為哈佛大學的夏克特(Daniel Schacter)的論點提供有力的支持。夏克特認為,記憶的功能關注的是未來,而非過去。他主張,我們演化出記憶系統並不是為了緬懷過去,而是要根據過去的經驗來改善未來的表現。在這個思考邏輯下,睡眠關注的是與未來有關的資訊,這個可能也就不那麼令人訝異了。當我們說要「邊睡邊想某個問題」時,我們並不是只要大腦在睡眠中記住某些資訊;而是希望大腦能夠對已經記住的資訊深入處理、評估不同的可能性並找到解決問題的最佳方法。我們實在太幸運了,大腦確實可以做到!

  睡眠中大腦的分析能力的實例,可以從加州大學洛杉磯分校的神經科學家諾頓(Barbara J. Knowlton)與同事的天氣配對預測實驗中略見一二。諾頓與同事讓受試者觀看四張卡片中的一張或兩張,其中每張卡片上都有一個幾何圖形(圓形、菱形、方形或三角形)。在實驗開始之前,研究人員會把每一個圖形和某一種天氣加以配對(雨天或晴天),但是不會告訴受試者這些資訊,接著讓受試者看卡片,之後要求受試者猜測卡片代表的是雨天還是晴天?

  經過數次練習後,受試者會稍微對卡片所代表的天氣有所感覺。例如,第一回合的卡片是菱形,天氣則是晴天。第二回合的卡片是圓形和三角形,天氣是雨天。即使只有兩個回合,受試者也會開始猜想圖形與天氣的關係,例如菱形可能代表晴天。但是到了第三回合,菱形卡片再度出現時,天氣卻是雨天。

  這項實驗的關鍵在於,卡片上的圖形是以某種機率的方式與天氣產生連結。例如,菱形卡片有80%會出現晴天,但也有20%的機率會出現雨天。其他卡片則有20%~60%的機率會出現晴天。在諾頓的實驗中,即使經過200回合,受試者仍然無法完全猜對結果,最佳的成績大約只有75%的成功率。

  這項實驗可以讓研究人員區辨腦中不同的記憶系統,例如,和事實記憶有關的系統(「what」系統)以及和技能學習有關的系統(「how」系統)。受試者接受了這項天氣配對預測訓練後,逐漸會從使用「what」系統轉成使用「how」系統。

  當我的實驗室成員狄翁拉吉(Ina Djonlagic)檢視這些資訊在睡眠時的變化時,發現了驚人的結果。如果受試者在早上接受訓練、當天下午接受測驗,成功率也會大約是75%,由此可見他們在早上所學習到的資訊到了下午仍然完美受到保留;但是當其他受試者在傍晚接受訓練、睡了一覺隔天接受測驗時,表現竟然進步了10%。睡眠中的大腦竟然可以強化受試者對於卡片和天氣配對關係的理解,他們對於各種現象運作的原理似乎擁有一套更好的模型。

  當研究人員越是研究睡眠的各種機制,就越能發現一夜好眠的各種益處。最新的研究發現,睡眠時大腦會清除其中的廢物。2013年,羅徹斯特大學醫學中心的謝璐璐和同事發現,睡眠中的腦細胞間隙會變大,腦脊髓液在腦與脊髓之間的流動比較順暢。

  當研究人員在小鼠腦中注入β-類澱粉後(一種出現在阿茲海默症病患腦中神經細胞間隙的類澱粉斑的前驅物),他們發現小鼠在睡眠時,這些物質的清除速度比小鼠在清醒時快兩倍。加速流動的腦脊髓液可能就是有毒分子更快從腦中排出的原因,如此一來,有毒分子就不會在腦中特定區域堆積並造成巨大危害。研究人員正在研究阿茲海默症病患的大腦,看看在睡眠中腦脊髓液加速流動的機制是否出現異常。

  目前的最新研究已經發現睡眠的諸多功能,而且將來發現新功能的可能性也很大,「熬夜應付每日的工作需求」這件事看起來似乎會是一個越來越糟的選項。總結來說,這些內分泌激素、免疫以及記憶功能的睡眠研究結果顯示,如果你睡得不夠,除了會感到極度疲憊之外,你還會生病、變胖、健忘,而且非常憂鬱!


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