當睡神許普諾斯降臨時，人就會昏昏欲睡
撰文 | 徐敏（中科院神經科學研究所研究員）
夜闌更深後，
我們昏昏欲睡，逐漸進入夢鄉；
曙光初照時，
我們精神抖擻，開啟新一天的生活。
01 睡眠的奧秘一直很有趣從古至今，人們都試圖揭開睡眠的奧秘，
試圖瞭解合上雙眼後的身體
究竟發生了什麼。
古希臘人對睡眠現象
給出了一個浪漫的解釋——
每當黑夜女神倪克斯（Nyx）拉下夜幕時，
其子睡神許普諾斯（Hypnos）就會
吩咐侍者從冥界到大地上
誘使人類入睡，
而3000個性格各異的
夢神俄尼裡伊（Onirii）們
則會化身為不同的夢境造訪凡人。
我們中國人也借周公姬旦之名
整理了一部《周公解夢》流傳至今，
書中列舉種種夢境，
並據此預測吉凶。
然而，這些古代民間故事僅止步於
對睡眠現象的記錄與臆想，
其中對睡眠機制的解釋缺乏客觀依據，
且難以被重複驗證[1]。
從左到右分別為約翰·戴維、馮·埃科諾莫和漢斯·伯格
直到19世紀，
睡眠研究才開始步入科學的正軌。
1845年，英國醫生約翰·戴維（John Davy）
開始研究睡眠與體溫的關係；
其後，羅馬尼亞神經學家
馮·埃科諾莫（Von Economo）推測
下丘腦是負責調控睡眠-覺醒的重要腦區；
1924年，德國精神科醫生
漢斯·伯格（Hans Berger）首次在頭皮上
記錄到腦電活動（EEG），
極大地促進了睡眠科學的發展。
近幾十年來，睡眠探索又
取得了不少科學發現，
但仍未能揭示睡眠的本質。
時至今日，
睡眠的奧秘依然是一個有趣的謎。
02 已知的睡眠1982年，瑞士科學家
Alexander Borbély
將睡眠-覺醒調控的主要因素概括為
睡眠穩態和生物節律[2]。
其中，睡眠穩態是睡眠-覺醒週期
最重要的特徵，
描述了睡眠-覺醒之間的動態平衡。
通俗地講，睡眠穩態就是
隨著覺醒時間的延長，
我們的睡眠壓力（想睡覺的需求）
越來越大；
而隨著睡眠時間的延長，
白天積累的睡眠壓力
逐漸得到釋放。
目前認為，包括腺苷在內的一些代謝分子
和蛋白磷酸化等胞內生化過程
介導了覺醒期間睡眠壓力的升高[3]。
近年來，得益於研究手段的革新
（包括分子遺傳學技術、
神經細胞分型技術、
以鈣成像為代表的光學記錄技術、
大規模電生理記錄技術、
基於光遺傳或化學遺傳的
時空特異的神經操控技術等），
我們實現了
對神經活動更精細的觀察和操縱，
揭示了大腦內不同腦區中
特定種類神經元在
睡眠-覺醒調控中所起的作用。
上行網狀啟用系統主要負責覺醒調節[4]
此外，我們還發現
大腦在睡眠中並不是“關機”了，
而是“切換了工作模式”：
在分子層面，
許多與細胞修復相關的基因轉錄
和蛋白合成在睡眠中都相對活躍，
很可能是在修復一些
覺醒期間積累的損傷[5]；
在細胞層面，
睡眠中突觸結構被重塑，
部分突觸連線被弱化從而
在環路層面，
睡眠中仍有許多腦區
處於興奮的狀態，
甚至睡眠本身的維持也有賴於
睡眠相關環路的正常工作[7]。
大腦也需要定時地“洗澡”，圖片來自MICHAEL MORGENSTERN
此外，大腦的“夜班工作內容”還包括
腦脊液流動以清除大腦代謝廢物[8]，
腦垂體前葉分泌生長激素[9]，
海馬神經元再現覺醒期活動
以鞏固記憶[10]等。
03 未知的睡眠不可否認的是，
睡眠領域內仍存在著
一些懸而未解的經典疑問，
睡眠前沿的科研進展也
引發了許多新的深層思考。
我們為什麼需要睡眠？
睡眠的主要功能是什麼？
睡眠-覺醒週期又是如何被調控的？
我們為什麼會做夢？夢的功能又是什麼？
目前，我們對這些睡眠科學
最基本的問題還沒有明確的答案。
在眾多未解的睡眠奧秘中，
一個重要的問題是
睡眠的終極功能是什麼？
腦子其實也是需要睡覺的，圖片來自dana.org
睡眠是動物界普遍存在的一種行為，
低等如水母，高等如人類，
只要是活的動物，
就有睡眠或者類似睡眠現象的存在。
這種演化上的保守性
也從側面反映了睡眠行為的重要性。
芝加哥大學的睡眠生物學家
Allan Rechtschaffen教授曾經說過：
“如果睡眠行為
沒有至關重要的功能，
那它將是生物演化史上
最嚴重的一個錯誤”。
試想一下，如果睡眠行為無益無功，
我們豈不是白白浪費了
三分之一的人生？
遺憾的是，我們現在仍不清楚
睡眠行為的核心作用和目的。
睡眠是動物界普遍存在的一種行為[11]
另一方面，睡眠障礙是
一類越來越常見的疾病，
給社會帶來了沉重的負擔。
據統計，大約有20%的車禍
直接或間接地與睡眠障礙相關，
在美國每年由此帶來的經濟損失
超過1000億美元[12]。
睡眠障礙包括60餘種
影響睡眠質量、睡眠節律
或睡眠時長的疾病，
並可能影響患者白天的工作和生活。
依照現行的
《國際睡眠障礙分類》（ICSD-3），
睡眠障礙主要分為
晝夜節律睡眠-覺醒障礙、
失眠、中樞性睡眠增多、
睡眠相關呼吸障礙、
異態睡眠、睡眠相關運動障礙等[13]。
此外，阿爾茨海默症等神經系統相關疾病
也可能影響患者原本正常的睡眠。
目前我們對於大多數睡眠障礙
並沒有特效療法，
一個主要的原因就是我們
對大腦調控睡眠-覺醒機制的
理解還不夠透徹。
從這個角度上講，
研究“睡眠-覺醒是如何被調控的”這一問題
也具有重要的臨床意義和社會價值。
04 未來的睡眠當我們對大腦調控
睡眠-覺醒的機制
有足夠深入的理解之後，
我們或許可以對
未來的睡眠控制有所期待。
一方面，透過對睡眠行為的深入理解，
我們可以為臨床上大量
睡眠相關疾病的治療
提供一些理論基礎和參考思路。
我們或許能夠讓失眠患者
得到更加安全有效的治療，
讓發作性睡病患者在白天
能夠正常工作生活，
甚至有望讓創傷後應激障礙（PTSD）的患者
自定義夢境以擺脫夢魘困擾。
另一方面，雖然我們不太可能
做到完全不用睡覺，
但是我們或許可以
提高睡眠的效率和質量，
縮短每日所需的睡眠時間。
此外，我們或許還可以實現
更加靈活的睡眠時間管理。
例如，出於工作、旅行或其他需要，
我們有時會前移或推遲睡眠時間。
目前常用的方法包括褪黑素促眠
和咖啡因提神等，
但效果有時不盡如人意
且往往伴有副作用。
當我們對大腦調控睡眠-覺醒的機制
有足夠深入的理解之後，
未來睡眠管理的效率將大幅度提高，
我們還可能在條件允許時預存或補充睡眠，
相關的副作用也會大大減少。
05 人人的睡眠睡眠絕不只是
科學家或醫生應該關心的事。
人人享有睡眠，
也有權利和責任去了解、維護自己的睡眠。
目前許多可穿戴裝置及手機應用
已經可以幫助我們更好地記錄睡眠，
提示可能存在的睡眠障礙。
但如何預防睡眠相關疾病、
發現睡眠問題後又如何改善、
如何與醫生合作治療等，
都需要利用科學的睡眠知識。
盧梭筆下的《睡著的吉普賽女人》
據統計，我國有近40%的人
曾遭受失眠的困擾[14]。
這其中很大一部分人可能不是
因為患有頑固的慢性失眠，
而是因為缺乏科學睡眠的基本知識，
或者缺乏學習科學睡眠知識的途徑。
尤其值得注意的是，
目前關於睡眠的科普資訊真偽難辨，
以上也是我們作為睡眠基礎研究工作者
積極參與睡眠科普的原因。
我們計劃普及科學睡眠知識，
分享睡眠研究進展。
經科研或臨床專業人士稽核的科普內容，
倡導健康的生活方式，
幫助大家提高日常睡眠質量。
另一方面，也希望透過對領域進展的梳理，
讓睡眠科研工作者及臨床醫生
對前沿研究有更多的思考，
更好地啟發後續工作。
參考文獻：
[1] Art Images for College Teaching, Great Altar of Zeus, Pergamon: Nyx, Goddess of Night (or one of the Erinyes/Furies?) hurls at serpent-wound vessel at a Giant, detail of north frieze, http://quod.lib.umich.edu/a/aict/x-gas291/gas291
[2] Borbély, A. A. A two process model of sleep regulation. Hum. Neurobiol. 1, 195–204 (1982).
[3] Allada R, Cirelli C, Sehgal A. Molecular Mechanisms of Sleep Homeostasis in Flies and Mammals. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2017 Aug 1;9(8):a027730.
[4] Saper CB, Fuller PM. Wake-sleep circuitry: an overview. Curr Opin Neurobiol. 2017 Jun;44:186-192.
[5] Zada D, Bronshtein I, Lerer-Goldshtein T, Garini Y, Appelbaum L. Sleep increases chromosome dynamics to enable reduction of accumulating DNA damage in single neurons. Nat Commun. 2019 Mar 5;10(1):895.
[6] Raven F, Van der Zee EA, Meerlo P, Havekes R. The role of sleep in regulating structural plasticity and synaptic strength: Implications for memory and cognitive function. Sleep Med Rev. 2018 Jun;39:3-11.
[7] Brown RE, Basheer R, McKenna JT, Strecker RE, McCarley RW. Control of sleep and wakefulness. Physiol Rev. 2012 Jul;92(3):1087-187.
[8] Fultz NE, Bonmassar G, Setsompop K, Stickgold RA, Rosen BR, Polimeni JR, Lewis LD. Coupled electrophysiological, hemodynamic, and cerebrospinal fluid oscillations in human sleep. Science. 2019 Nov 1;366(6465):628-631.
[9] Gamble KL, Berry R, Frank SJ, Young ME. Circadian clock control of endocrine factors. Nat Rev Endocrinol. 2014 Aug;10(8):466-75.
[10] Ji D, Wilson MA. Coordinated memory replay in the visual cortex and hippocampus during sleep. Nat Neurosci. 2007 Jan;10(1):100-7.
[11] Image source: Wikipedia/National Geography
[12] Drivers are Falling Asleep Behind the Wheel-- National Safety Council. https://www.nsc.org/road-safety/safety-topics/fatigued-driving
[13] American Academy of Sleep Medicine. International Classification of Sleep Disorders, 3rd ed, American Academy of Sleep Medicine, Darien, IL 2014.
[14] 中國超3億人有睡眠障礙 成年人失眠發生率近4成--人民網. http://gz.people.com.cn/n2/2019/0321/c344102-32761975.html