當我們睡覺時，大腦在做什么

謝世澤

睡眠可以把各種動物的活動限制在特定的一段時間。在這段時間里，動物可以很有效率地尋找食物，并避開其他動物的攻擊。但是對于已經沒有了被天敵捕食的擔憂，可以隨時隨地躺下呼呼大睡的人類來說，我們睡著的時候大腦也在休息嗎？做夢的時候大腦有哪些活動呢？

原來大腦“不睡覺”

過去，科學家們普遍認為睡眠是一段恒定不變的時期，只有很少的身體和大腦的活動。直到1952年，研究者記錄了睡眠中人的腦電波，才發現睡眠是由不同的階段組成的。

一個晚上，你可以多次進入一個被稱為“快速眼動睡眠”的狀態，這個階段，你的腦電波看起來很像醒著的時候，但你的身體卻是靜止的，只有眼動肌會動。這個時候，你會做一些生動而詳細的夢。對于這個階段，一個形象的說法是：一個癱瘓的軀體里有一個活躍的大腦。相應地，其余的睡眠時間你則處于一種叫作“非快速眼動睡眠”的狀態。這個階段一般不會產生復雜的夢，但你的身體是可以活動的。這個階段可以被描述成：一個可以活動的軀體里有一個空閑的大腦。

大腦中的“清道夫”

人類在清醒時，大腦產生的代謝廢物，如果不被及時清理掉，就會堆積起來對大腦造成損傷，那么，這些代謝廢物是怎么通過睡眠被清理掉的呢？

科學家采用雙光子顯微鏡等新技術，發現了這個“清道夫”的廬山真面目，原來是神經膠質細胞。在睡眠中，神經膠質細胞調控大腦中的組織間隙，增加大概60%的空間。更大的組織間隙就像更大的排水管道，使得大腦中的代謝物可以被高效地清理掉。研究人員發現，在睡眠狀態下清除廢物的速度是清醒時的兩倍，這也證明了睡眠的修復作用。

夢中真的可以“解題”嗎？

俗話說，解決一個問題最好的方法就是睡一覺。歷史上有很多傳奇故事似乎也證明了這句話。比如著名化學家凱庫勒夢到一條蛇咬住了自己的尾巴，形成旋轉的環狀，于是，他想通了苯分子的環狀結構。又比如俄國科學家門捷列夫做夢時夢到元素紛紛落到了一張表格的合適位置里，于是他制作出了著名的元素周期表。那么，夢中真的可以“解題”嗎？

從研究者目前積累的大量資料來看，睡眠確實有助于學習和記憶的鞏固。學習過程中，大腦可以形成很多新的突觸（突觸是神經元之間在功能上發生聯系的部位，也是信息傳遞的關鍵部位），但是太多的突觸會占用大腦大量的空間，我們并不能無限地往腦里塞東西。

研究發現，在睡眠中，一部分連接強度弱的突觸會被選擇性地消除，同時一小部分比較重要的突觸可以通過巧妙的辦法加強和保存下來。

這些發現從很基礎的層面解釋了睡眠對學習和記憶鞏固確實存在一定作用。當然，睡眠不是萬能的靈藥，白天的努力工作和學習也是必需的。

做夢時大腦可能在復習？

研究人員做了一個有趣的實驗：他們讓大鼠沿著環形的軌道單方向反復跑動來獲得食物獎勵，然后記錄下大鼠存儲空間記憶的海馬區里位置細胞的活動。位置細胞是只對特定的空間位置響應的細胞，比如一小群對應左上角，一小群對應中央位置。然后研究人員就可以記錄下大鼠在軌道里跑動的海馬位置細胞的激活模式。

有意思的是，當大鼠睡著了，進入非快速眼動睡眠之后，海馬區相同的位置細胞激活模式竟然出現了，就像大鼠的大腦正在回放訓練中的經歷一樣。我們可以合理猜測，我們在睡眠中可能會重現白天的任務，這種重現也許可以達到增強學習的效果。

夜已深，就趕緊躺到床上去吧。睡夢中，你將會體驗一個又一個荒誕、不合邏輯的故事?；蛟S在夢里，你可以想象某些超然于你清醒時對自然界感知的結構和情境呢。

（選自2021年第8期《知識就是力量》，本刊有刪改）