其他

為何要睡覺?

我們一生約有三分之一的時間用來睡覺,但是睡覺時,腦子卻沒有安份地休息。它在做什麼?

撰文/席格爾(Jerome M. Siegel)
翻譯/黃榮棋

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為何要睡覺?

我們一生約有三分之一的時間用來睡覺,但是睡覺時,腦子卻沒有安份地休息。它在做什麼?

撰文/席格爾(Jerome M. Siegel)
翻譯/黃榮棋


鳥兒這麼做,蜜蜂也這麼做,但柯 爾波特的歌詞裡沒寫到的是,甚 至連果蠅也都這麼做,人當然會 這麼做。但主題不是愛,而是睡覺。莎士 比亞的馬克白說它「結束錯綜糾結的煩 憂」,而且是「創傷心靈的慰藉,偉大的 第二人性,人生饗宴的主廚。」西班牙作 家塞萬提斯筆下的桑丘班薩(唐吉訶德的 侍從)歌頌它是「可以充飢的食物,可以 止渴的杯水,可以暖冬的篝火,可以靜心 的冰涼??可以讓牧人與君王、愚夫與智 者平起平坐的砝碼。」


長久以來,愚夫與智者都一直思索著兩 個相關的問題:睡眠究竟為何物?還有, 我們為什麼需要睡覺?針對後面這個問題 的一個明顯答案是,適當的睡眠是保持清 醒與警覺所不可或缺的。但是這個回答規 避了真正的問題,就好像說吃飯是為了要 避免飢餓,或者說呼吸是為了要避免窒息 的感覺一樣。吃東西的真正功能是要提供 身體養份,而呼吸的功能是要吸入氧氣、 排除二氧化碳;但是對睡眠而言,我們卻 沒有這樣直截了當的解釋。雖然如此,這 個成為科學探索的領域還不到一個世紀 的睡眠研究,已經讓研究人員有足夠的理解,起碼可以對這個佔據了人生三分之一 時間的睡眠期,提出合理的功能假說。


睡眠究竟為何物?

美國高等法院法官史都華特針對猥褻所 說的名言「我看到時就會知道」,雖無法 完全用來描述睡眠,卻是個有用的指標。 為睡眠下一個嚴謹的定義雖不容易,但觀 察者通常可以知道一個人是否睡著了:睡 覺者通常比較不會注意到周遭環境,而且 常是不動的。(但海豚及其他海生哺乳動 物會在游泳的時候睡覺,有些鳥可能會在 遠距遷徙時睡覺。)


1953年時,美國芝加哥大學的睡眠研 究先驅克萊特曼(Nathaniel Kleitman)以 及學生阿瑟林斯基(Eugene Aserinsky) 全盤推翻了當時對睡眠的一般看法:睡眠 不過是腦部多數活動的停頓。他們發現, 睡眠的特色是會有一段眼球快速運動的 期間,一般稱為「快速動眼睡眠」(rapid eye movement sleep,簡稱REM睡眠)。此 REM睡眠的存在,暗示著有某種東西會在 睡覺時活躍起來。所有被研究過的陸生哺 乳動物,睡覺時都會表現出REM睡眠,而 且與非REM 睡眠(也稱為沉靜睡眠)有著規律的交替週期。


這個領域近年來有了最偉大的進展,那 就是可以從腦部神經細胞(神經元)的層 面來描繪睡眠的特性。過去20多年來, 科學家已經熟練了將精細微電極放置在腦 中各部位的技術,這些微電極每根只有 32微米寬(約是人類最細的頭髮),可以 無痛植入人類及許多不同實驗動物體內, 而且受測者還可以正常進行日常生活,包 括睡覺。這些研究結果顯示,如可能的預 期一樣,受測者在清醒時,多數腦區的神 經細胞活性不是最大就是接近最大;但是 在睡覺時,神經細胞的表現卻意外地多 變。雖然在REM 睡眠與非REM 睡眠過程 中,動物的姿態類似,且都不會注意到環 境的變化,但其腦部的表現卻完全不同。


在非REM睡眠期間,不同腦區的細胞做 著非常不同的事。腦幹(脊椎的正上方) 多數神經元會降低或停止放電,但大腦皮 質與鄰近前腦區多數神經元的活性卻只有稍稍減小。不過,整體活性狀態卻有極大 的改變:清醒時,每個神經細胞多少都是 各管各的;相反地,在非REM睡眠期間, 鄰近大腦皮質的神經細胞卻會以低頻的節 律同步放電(同步化的電活性所產生的腦 波,其電壓要比清醒時來得高,看似違反 常理;但就像發動著空轉的汽車一樣, 「空轉」的腦子消耗的能量也比較少。) 同時,呼吸與心跳速率也比較規律,而且 很少有做夢的情形發生。


前腦底部有一群數量非常少的細胞(人 類或許只有10萬個這種細胞),只有在非 REM睡眠時期才會表現出最大的活性。有 人稱這些細胞是「睡眠開關」神經元,它 們似乎負責引發睡眠。活化這群睡眠開關 神經元的真正訊號,目前還不完全清楚, 但清醒期間若體熱增加,明顯會活化其中 的某些細胞,這或許可以解釋在泡熱水澡 或夏日海灘上,經常伴隨出現的睡意。


另一方面,REM睡眠期間的腦部活動卻與清醒時相似。其腦波電壓依舊不高,因為神經細胞各管各的。而前腦與腦幹多數 的腦細胞則相當活躍,它們與其他神經細 胞連絡訊息的頻率,一點不比清醒時來得 慢,REM睡眠期間腦部消耗的能量也與清 醒時一樣高。而期間最大的神經活動伴隨 著我們所熟知的眼球抽搐與運動,這也就 是REM 睡眠名稱的由來。腦幹一群稱為 「REM睡眠開關」的特殊細胞,在REM睡 眠期變得特別活躍,而事實上,似乎就是 它們負責引發REM睡眠。


人們最鮮明的夢境出現在REM睡眠 期,而且做夢還伴隨有腦部運動系統的頻 繁活化,是清醒時、有肢體運動時才會發 生的情況。幸好REM睡眠期間的運動,都 會被與神經傳遞物有關的兩種互補生化反 應給抑制住。神經傳遞物是一種化學物 質,會在突觸(兩個神經元的接觸點)的 地方將訊息從一個神經元傳給另一個神經 元。腦部會停止釋放能活化運動神經元 (控制肌肉收縮的腦細胞)的神經傳遞 物,同時還會釋出其他神經傳遞物去積極 阻斷這些運動神經元。但這些機制並不會 影響控制眼球運動的運動神經元,使得眼 球可以快速運動,REM睡眠因而得名。


R EM 睡眠還會大大影響腦中控制著體 內器官的幾個系統。譬如,心跳與呼吸在 REM睡眠期間會變得不規則,一如清醒 時活動的狀況。而且,體溫調控也比較不 那麼精準,會像爬行動物般逐漸變得跟環 境的溫度一樣。另外,男性生殖器常會勃 起,而女性陰蒂也會變大,雖然多數的夢 境與性無關。

以上對睡眠的描述,不管是粗略而言或 從神經細胞的層面來看,都是既正確卻又 如美夢乍醒般令人不滿足。神秘的問題依 舊存在:睡眠的功能為何?