吳美云 張語軒

睡覺時(shí)大腦在干什么？

睡眠在我們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜匾慕巧粌H可以幫助我們恢復(fù)精神、消除疲勞，且已有大量研究表明，睡眠過程中存在主動(dòng)的學(xué)習(xí)過程，特別是記憶的鞏固和增強(qiáng)。

人類進(jìn)入睡眠時(shí)，腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)阻斷了丘腦向皮層的投射（感覺信息的主要上升通路），甚至阻斷了不通過丘腦的嗅覺通路，導(dǎo)致腦對外界感知的主要通道被“關(guān)閉”，腦活動(dòng)水平顯著降低，只有聽覺通道還保持功能性活動(dòng)，承擔(dān)著睡眠中的“環(huán)境監(jiān)測和安全警戒”任務(wù)，腦電記錄顯示睡眠中大腦可以分辨不同的聲音。這也是為什么報(bào)警信號(hào)一般都使用特殊的聲音。然而，這并不表示睡眠狀態(tài)下，大腦就完全休息了。睡眠狀態(tài)下，大腦仍然存在主動(dòng)性的功能活動(dòng)，目前研究最多的就是記憶的鞏固和提升。

根據(jù)睡眠中腦電波的不同特征，可以把睡眠分為不同的階段，其中眼球會(huì)快速轉(zhuǎn)動(dòng)的階段稱為快速眼動(dòng)睡眠（REM sleep），其他的（非快速眼動(dòng)睡眠Non-REM sleep）可統(tǒng)稱為慢波睡眠（Slow wave sleep）。腦成像研究表明，大腦在睡眠過程中會(huì)進(jìn)行記憶再激活，重演，以及重組。再激活起源于慢波睡眠中的海馬引發(fā)的逐漸的神經(jīng)新皮層的整合和表征，海馬對于海馬依賴性記憶與非海馬依賴性記憶都起到至關(guān)重要的作用。重演指的是經(jīng)歷過的事件在腦中快速回放，并將這些小事件整合起來形成一個(gè)完整的連續(xù)情景。慢波睡眠期間海馬出現(xiàn)了記憶的重演，神經(jīng)元產(chǎn)生的三種腦波特征，慢波振蕩、紡錘波和尖波漣漪的“三重奏”，即實(shí)現(xiàn)了新皮層-丘腦-海馬的“交流對話”。紡錘波（spindle）由丘腦網(wǎng)狀核產(chǎn)生，存在快慢兩種狀態(tài)，其中慢紡錘波頻率約為9～12Hz，而快紡錘波約為12～15Hz，主要出現(xiàn)在非快速眼動(dòng)睡眠的第二階段。較多研究都發(fā)現(xiàn)，紡錘波的數(shù)量與記憶有關(guān)，如果白天學(xué)習(xí)的內(nèi)容很多，晚上睡覺時(shí)紡錘波數(shù)量就比較多，且紡錘波的數(shù)量越多，醒后回憶結(jié)果越好。漣漪波（ripple）是由海馬誘發(fā)的同步神經(jīng)元活動(dòng)的快速爆發(fā)，靈長類與人類的頻率約為80～140Hz，嚙齒動(dòng)物頻率約為140～200Hz，因?yàn)樗谋l(fā)式，時(shí)間極短（50～100ms）等特點(diǎn)也被稱為尖波漣漪（SWRs），與慢波過程中的重演緊密相關(guān)，在離線記憶鞏固過程中起重要作用。慢波振蕩（Slow Oscillation， SOs）主要體現(xiàn)在新皮層，是高幅慢波，頻率一般為0.5～1Hz，是神經(jīng)薄膜在去極化的上電位與超極化的下電位之間轉(zhuǎn)變。紡錘波時(shí)常鑲嵌在慢波振蕩中的上電位。

有研究發(fā)現(xiàn)清醒時(shí)存儲(chǔ)在海馬內(nèi)的短期記憶，在慢波睡眠中逐步向長時(shí)記憶存儲(chǔ)中心（新皮層）轉(zhuǎn)移。一項(xiàng)功能磁共振成像研究發(fā)現(xiàn)單詞學(xué)習(xí)兩天后，記憶提取過程中海馬的活動(dòng)會(huì)增強(qiáng)，同時(shí)海馬與內(nèi)側(cè)前額葉皮層間的功能連接也得到增強(qiáng)。但在六個(gè)月后的記憶提取時(shí)，激活區(qū)域有所轉(zhuǎn)移，內(nèi)側(cè)前額葉皮層有更大的激活，并且海馬與內(nèi)側(cè)前額葉間的連接減弱。這些證據(jù)表明隨時(shí)間的推移，暫時(shí)存儲(chǔ)在海馬的記憶信息逐漸轉(zhuǎn)移至新皮層使記憶表征發(fā)生變化。

總之，從動(dòng)物研究到人類研究，從行為測量到腦成像，各種研究都一致指出了睡眠在記憶鞏固中起到不可替代的作用。

睡眠不足對學(xué)習(xí)的損害

隨著社會(huì)的發(fā)展，生活壓力的增加，中國一百多萬的年輕人處于不同程度睡眠剝奪狀態(tài)。根據(jù)《中國少年兒童十年發(fā)展?fàn)顩r研究報(bào)告（1999-2000）》顯示，我國的中小學(xué)生每天平均睡眠時(shí)長不足8小時(shí)，已有研究發(fā)現(xiàn)，睡眠剝奪會(huì)對青少年學(xué)習(xí)記憶有較大的損傷。2005年的一份關(guān)于中美小學(xué)生睡眠模式和睡眠問題的問卷表明，中國兒童的平均就寢時(shí)長相比于美國兒童少一個(gè)小時(shí)，且睡眠問題要多得多。盡管我國各種政策都在提倡為學(xué)生“減負(fù)”，但升學(xué)考試等壓力依舊剝奪學(xué)生們的睡眠時(shí)間，尤其是山東、河南等人口大省的高中生，出現(xiàn)睡眠時(shí)間不到4小時(shí)的情況。學(xué)生們無論在學(xué)習(xí)日還是在周末都在不停地寫，不停地算。由于睡眠不足，導(dǎo)致很多學(xué)生在上課的時(shí)候注意力不集中，反應(yīng)遲鈍，甚至打盹，因此，這種“努力”引起更多學(xué)習(xí)上的負(fù)面態(tài)度。甚至導(dǎo)致健康問題，已有大量研究表明睡眠不足會(huì)導(dǎo)致一系列身體疾病，如炎癥等。

睡眠問題不僅表現(xiàn)為睡眠時(shí)間普遍較短，也體現(xiàn)在睡眠質(zhì)量上。中國睡眠障礙群體比其他國家高出許多，在一項(xiàng)針對北京市中小學(xué)生睡眠狀況的抽樣調(diào)查中，睡眠時(shí)長在6h～8h的僅有59.2%，而自我感覺睡眠質(zhì)量非常好的學(xué)生少到僅有16.1%，常見睡眠問題為睡不醒 （39.5%）、噩夢（7.1%）、驚醒（9.1%）、失眠（6.2%）以及夢游（1.6%）。當(dāng)今，高中生的壓力引發(fā)更高比率的睡眠問題，而睡眠質(zhì)量問題導(dǎo)致更低的問題解決能力。

睡眠剝奪和質(zhì)量低下?lián)p害學(xué)生的學(xué)習(xí)和認(rèn)知的發(fā)展，已有大量研究表明睡眠對兒童的認(rèn)知發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。在一個(gè)大樣本縱向追蹤研究中，通過收集孩子在18，30，42和57個(gè)月大時(shí)的睡眠狀況，建立模型可有效地預(yù)測孩子8歲上學(xué)后需要特殊教育的可能性。

盡管無法確定幼兒的睡眠狀況與隨后的學(xué)習(xí)、行為等因素的因果關(guān)系，但早期睡眠問題可以很大程度預(yù)測后期的學(xué)習(xí)相關(guān)問題。當(dāng)前主流觀點(diǎn)認(rèn)為，清醒時(shí)腦內(nèi)積累的學(xué)習(xí)材料得以整理和鞏固需要睡眠，而睡眠剝奪則會(huì)嚴(yán)重影響記憶的鞏固，導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶效果變差。在一項(xiàng)調(diào)查研究中，研究者通過設(shè)置睡眠剝奪組（25個(gè)小時(shí)的剝奪）與無睡眠剝奪組來考察不同記憶任務(wù)的影響，結(jié)果顯示睡眠剝奪組在執(zhí)行知覺記憶任務(wù)時(shí)表現(xiàn)明顯降低。一個(gè)較新的研究發(fā)現(xiàn)非快速眼動(dòng)睡眠的第二階段時(shí)長決定嬰兒新記憶的發(fā)展，第二階段時(shí)間較長則有利于感知記憶到語義記憶的轉(zhuǎn)換。這些結(jié)果充分證明睡眠剝奪會(huì)廣泛地影響認(rèn)知，會(huì)引發(fā)記憶問題，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重后果。睡眠不僅在已學(xué)知識(shí)的記憶整合中起重要的作用，同時(shí)也可清除大腦不相關(guān)信息。有假設(shè)認(rèn)為，白天學(xué)習(xí)的過程即為大腦中突觸連接形成的過程，而到了夜晚睡眠時(shí)，則對突觸進(jìn)行修剪，通過減少無連接突觸，進(jìn)而凸顯已連接的突觸，導(dǎo)致記憶得到鞏固，特別是慢波睡眠過程中能夠減少構(gòu)成突觸分子的數(shù)量。整個(gè)睡眠過程中，海馬在記憶加工過程中起到至關(guān)重要的作用。

在最近的一項(xiàng)研究中，研究者使用多導(dǎo)睡眠儀（PSG）對海馬受損患者與正常被試睡眠進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明海馬在情景記憶中不可缺少。簡而言之，大量研究發(fā)現(xiàn)睡眠剝奪會(huì)對陳述性記憶和言語學(xué)習(xí)有較大影響，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算任務(wù)相關(guān)腦區(qū)的活動(dòng)降低，且工作記憶能力也因較差睡眠質(zhì)量表現(xiàn)較差。總之，睡眠不僅讓我們的身體得到休息，還幫助我們鞏固記憶清除不相干信息，進(jìn)而增強(qiáng)和改變記憶痕跡。因此，對學(xué)習(xí)者來說，多睡一會(huì)并不是偷懶，而是更有效的學(xué)習(xí)。