睡眠與認知的新發現

李旭

睡眠對我們的重要性不言而喻，人的一生中有三分之一的時間在睡眠中度過。在睡眠時，無論是大腦還是其他組織，其細胞生長以及很多修復功能（如基因表達和蛋白質合成）均會加速。睡眠對于我們的身體有直接影響，那么對于我們的認知功能，它的重要性又體現在哪里呢？

睡眠缺失的損害

在我們的日常生活中，如果睡眠不足，我們可能會感到乏力或者對心情造成影響，不過稍微進行一下調整就不會產生持續作用。那么如果持續不讓一個人睡覺，會怎樣呢？睡眠剝奪實驗顯示，如果睡眠被剝奪200小時，可能會導致人的情緒不穩定，易激惹；認知能力下降，注意力渙散、記憶減退和思維遲鈍。以大鼠為對象進行的一組實驗則表明，完全的睡眠剝奪會導致它們在三四周內死亡。死亡的確切原因并不清楚，但是這些動物的皮膚出現損傷，免疫系統也發生了衰竭。死后解剖發現，它們的身體機能也出現了損壞，表現出腎上腺增大、胃潰瘍和肺水腫等癥狀。

不過在目前的研究中，還未出現完全的睡眠剝奪導致人類死亡的報道。那么一個人究竟可以多長時間不睡覺呢？17歲的高中生蘭迪·加德納曾經創下了連續11天不睡覺的記錄，他連續堅持了264個小時沒有睡覺。在這期間，他情緒波動極大，變得易怒，而且記憶力和注意力下降，協調能力喪失，并出現了妄想。

睡眠引發靈感

一些科學家、藝術家的發明創造或藝術作品是在睡眠中獲得靈感的。比如，門捷列夫在睡眠中發現了元素周期律；前搖滾樂隊披頭士成員保羅·麥卡特尼的暢銷歌曲《昨天》的曲調是來自他的一場夢；19世紀的德國化學家弗里德里克·凱庫勒解決苯環結構這個問題也得益于夢中帶來的靈感。凱庫勒研究苯環的結構數年都無進展，一天在研究過程中由于過度疲勞就在椅子上睡著了，睡夢中6個碳原子變成了6條首尾相銜的蛇，這啟發他提出了苯的六邊形結構，也開拓了人類認識有機結構的新時代。

日有所思，夜有所夢。對于一般人而言，睡眠也會幫助我們解決問題嗎？德國呂貝克大學便進行了一項關于人類學習的實驗。研究人員設計了一道巧妙的數學題，可以連續運用簡單公式就能解決，但是還有一種更好的解決辦法，只是并非一目了然，如果參與者想到這一方法，問題就會更快解決。在第一輪中，所有人都沒有發現這一捷徑。他們將被試者分為兩組：一組是睡眠組，經過一夜的睡眠后，22名被試者中有13人產生了頓悟，意識到捷徑的存在；而另一組被試者在相同的時間段內不允許睡覺，結果22人中只有5人發現了此捷徑。也就是說，夜間睡眠的確有助于激發靈感，為我們解決問題提供啟示。

睡眠中的學習

心理學家研究發現，閱讀后的短暫休息有助于記憶保持，在人們學習過后，休息組比立即回憶組的成績要好。那么，睡眠是否有同樣的功能呢？

有科學家發現，如果在實驗者的快速眼動睡眠階段（屬于深度睡眠階段后期）播放一段聲音，在一周后與該聲音相關的測試中，他們的成績會更好。其他研究者通過對大鼠的實驗發現，即便是在深度睡眠階段，大腦也能夠編碼信息，進而加深記憶。而且，睡眠不只是影響我們的認知任務成績，它還會重新整合記憶信息，形成新的記憶網絡，也會有選擇性地保留與場景相關的情緒，可能我們的靈感也是由此而來。

2014年1月的一個最新研究顯示，睡眠也會有助于我們的情緒學習，在對恐怖癥患者進行暴露療法后，睡眠組與無睡眠組相比，報告的恐懼感有所降低，說明個體可能在睡眠中延續并加強了在治療中所學習到的情緒，因此能夠進一步地減少個體對恐懼對象的恐懼感。

睡眠如何加強記憶

英國約克大學等研究機構的研究顯示，在入睡前學習的單詞，醒后反而比剛學完時記得更清楚。研究人員還首次實時監測到“睡眠中學習”的過程。

研究者發明了一些新單詞供志愿者學習，這些詞符合英語單詞的組合規則。其中一組志愿者晚上學習，學完后立即測試他們的記憶效果，然后讓他們在實驗室入睡，次日早上醒來后再次進行測試，結果發現測試結果比剛學完時還要好，這表明睡眠有助于加強新記憶。另一組志愿者則在早上學習，經過同樣的時間間隔后在晚上測試，中間沒有睡眠，則沒有上一組那樣的記憶增強的效果。

研究人員還監測了第一組志愿者在睡眠中的腦電波變化，結果發現，出現“睡眠梭形波”更多的人，睡眠中記憶增強的效果更好。“睡眠梭形波”是睡眠中不時出現的一種腦電波形式，主要出現在深度睡眠階段。它的出現反映了大腦各部位之間正在傳遞信息，研究者認為或許正是在這個睡眠階段我們鞏固了新記憶，并且把它和已有的記憶網絡連接起來，從而改變了舊有的記憶網絡。

2012年，加利福尼亞大學洛杉磯分校的神經物理學教授馬楊克·梅塔又將上述研究推進了一步，即“與記憶相關的腦區”是如何相互作用的。梅塔教授重點關注的是影響記憶形成的腦區，主要是：新大腦皮層、海馬體（舊皮層）和內嗅皮層。新大腦皮層是一個高級認知功能區域，而海馬體則主要負責短時記憶的存儲。

已有研究表明，新皮層與海馬體直接建立聯系對于記憶形成非常關鍵。而內嗅皮層就是連接新大腦皮層和海馬體的，那么它是否在連接二者上起到了什么作用呢？已經有研究發現，在清醒狀態下，內嗅皮層的激活對于我們完成工作記憶任務（比如根據一串連續的指令來完成任務）是非常重要的。

在睡眠狀態下，我們的大部分大腦皮層應該都處于非激活狀態。但是當小鼠處于睡眠狀態時，研究者在內嗅皮層檢測到一個經常出現的持續性電活動，而且這種放電活動也會引發海馬體的神經元放電。研究表明，在睡覺時大腦的新皮層處于非激活狀態，但是內嗅皮層和海馬體卻表現出與完成工作記憶任務時相似的腦活動。這是否意味著，在睡眠時，人類的“記憶大腦”在不停地鞏固睡前所學習的內容呢？這一結果有待進一步在人類大腦中進行驗證。

睡眠不僅可以使我們恢復精力，調整情緒，還能夠加深記憶，甚至還可以幫我們背單詞。此外，有研究者發現，一個人在做夢時所激活的大腦視覺區域與清醒時所激活的腦區是一致的，而這也將會進一步促進我們對“睡眠中學習”的腦機制的理解。

【責任編輯】張小萌endprint