一花一世界卍
人和其他動物依次經歷各個睡眠階段，表明睡眠具有進化的基礎和生物學的需要。睡眠階段分為快速眼動睡眠（REM）和非快速眼動睡眠（NREM）兩個階段。如果個體能在較長一段時間裡得到每夜7~8個小時的睡眠，那麼其各項功能都會運行完好。
為什麼人類需要睡眠？ NREM睡眠的兩個最普遍功能是保存和恢復。由於NREM睡眠可以使動物在無需尋覓食物、尋求配偶或工作時保存能量，所以得以演化。但是，睡眠也把動物置於可能受到其他食肉動物攻擊的風險之中。研究者認為，睡眠過程中腦活動的週期之所以得以進化，是因為這種週期能夠使受攻擊的風險最小化。腦活動的這種模式能夠讓動物在睡眠的時候依然保持對環境較高的覺察。那麼為什麼動物一定要把自己置於風險之中呢？答案在於NREM睡眠的恢復功能。比如，在覺醒狀態下，伴隨大腦工作的氧代謝會產生損害腦幹、下丘腦、海馬等腦區神經元的物質。NREM睡眠為大腦阻止損傷、修復腦細胞提供了機會。
如果剝奪你一晚的REM睡眠，你第二晚的REM睡眠會比平常更多，這說明REM睡眠也具有某些必要的功能。例如，在嬰兒期，REM睡眠似乎是視覺系統以及其他感覺和運動系統正常功能的發育所必需的。對於成年人，REM睡眠對於學習和記憶發揮重要作用。實驗表明，REM睡眠為大腦鞏固新任務的知識提供了環境。需要注意的是，NREM睡眠也在鞏固學習和記憶中起到重要作用。
睡眠太少會造成一些嚴重的後果。睡眠剝奪對認知表現會產生廣泛的負面效應，包括注意和工作記憶方面的困難。睡眠剝奪也會損傷人們的運動技能。睡眠缺乏的司機更容易發生交通事故。
內含子的表達
睡覺的一個最主要的原因就是讓大腦有時間排毒。當我們在白天清醒的時候，大腦需要做很多認知工作，在這個過程中，大腦的神經元會消耗很多生物能量，並且在這個過程中會產生很多生物副產品，也就是大腦中的生物廢料。這些生物廢料會隨著大腦的活動在大腦中越積越多，而如果很久不清理的話，就會影響大腦的能力，嚴重的時候甚至會導致神經元的死亡。大腦神經元的代謝產物有很多不同的成分，比如說有腺苷。腺苷在神經元中累積到一定程度之後， 會讓人想睡覺。而我們喝咖啡提神的原因，就是可以阻斷腺苷受體，使得我們可以感覺不那麼想睡覺。
那麼在睡覺的時候，大腦是通過什麼樣的方式來排除大腦生物廢料的呢？靠的就是大腦中的淋巴系統。在以前，科學家一直以為大腦中是沒有淋巴系統的。因為科學家一直認為大腦和身體之間有著血腦屏障，血腦屏障會把大腦變成一個相對分離的器官，並且認為大腦中不存在淋巴系統。但是要在2015年，美國弗吉尼亞大學的科學家發現，原來大腦和身體一樣，也是有著複雜的淋巴系統的，並且這個淋巴系統遍佈全腦，是大腦神經元排毒的關鍵。科學家觀察了老鼠的腦膜，結果發現，大腦和脊髓的腦膜上原來遍佈著淋巴網絡， 這個複雜的淋巴系統會把大腦中產生的肥料通過腦脊液運輸到我們脖子上的淋巴結，最終加以處理。而這個處理廢掉的過程，主要發生於睡眠的時候。美國羅切斯特大學的科學家發現，當小老鼠在睡眠的過程中，大腦的神經元之間的空隙會增加20%左右，增大的空隙就使得大腦的淋巴系統可以更加好的開展工作，把清醒的時候產生的各種生物廢料通過這個比較大的空隙，有腦脊液運輸出大腦。
酷炫腦科學
早在 2000 年前，醫學家蓋倫就試圖對睡眠做出一個解釋：當我們醒著的時候，大腦的動力——腦汁——會流出腦外，流到全身，然後讓身體活動起來；而當我們睡著的時候，身體的汁液會流回大腦，如此形成循環。這個解釋現在看起來雖然很荒謬，但卻意味著著，人類早在幾千年前就開始對睡覺這件事產生了好奇。
可惜的是，直到現在人類也沒能弄完全弄明白睡覺這件事，無法從科學的角度來正向解釋這個問題——我們為什麼需要睡覺，什麼時候需要睡覺。但是，在 2014 年，神經學家 Jeff Lliff 在一次名為《One more reason to get a good sleep》的 TED 演講裡說到了一個實驗結論，解釋了「睡眠有什麼作用」，這在一定程度上解釋了睡眠的原因。
人體器官的持續運轉需要能量供給，遍佈身體的血液循環系統就負責解決輸送營養的問題，利用血管傳送營養素和氧氣到全身的每個部位，給器官提供能量。在消耗完營養素之後，所有細胞也都會產生廢物，如何清理這些廢物？經過演化的淋巴系統負責解決這個問題，這套循環系統遍佈全身，帶走細胞之間的蛋白質和其他廢物，相當於是一個「垃圾」清理系統。所以，這兩套系統就保障了器官的持續運轉。
但大腦是人體中一個特別的器官。大腦的能耗非常高，需要消耗全身能量的 20%-25%，雖然它只佔全身質量的 2%。大腦也是通過血液循環系統來輸送營養的，獲得能量供給。但是，大腦裡沒有淋巴管，那麼問題來了，大腦所產生的廢物怎麼排掉？
好的，科普部分來了！
大腦裡面有一個巨大的「水池」，裡面充滿了乾淨、透明的液體，叫做「腦脊髓液」，學名 CSF（Cerebrospinal fluid），腦脊髓液充滿大腦，大腦產生的廢物會排到腦脊髓液裡，然後跟著腦脊髓液一起流到血液裡，把廢物排出。
但是，大腦裡的液體和廢物，並不是隨便就滲透到腦脊髓液裡的，而是通過一個特別的「開關」來控制這個過程，這個開關，很有可能就是睡眠。
Science 的一篇研究文章表明，在睡眠時，腦脊液更容易在腦內流動，因此人在睡覺的時候，可以高效清除大腦裡的代謝廢物，讓大腦恢復活力。如下圖，黃色顯示清醒時的腦脊液分佈，綠色顯示睡眠時的分佈。
進一步研究發現，睡眠時腦內細胞間隙比清醒時更大，這意味著睡眠時腦脊液更容易進入腦內與組織間液進行交換。如下圖，同樣黃色代表清醒時，綠色代表睡眠時，波幅越大代表間隙越小。
所以，當我們睡覺的時候，大腦裡的腦脊液便開始給大腦洗澡，洗掉積累了一天的代謝垃圾，這個過程一般需要持續 8 小時左右，正好符合人類最佳睡眠時間為 8 小時的說法。
所以，這個研究的結論就是告訴我們——睡眠是維持大腦運轉的必要條件，而大腦是維持生命運轉的必要條件。它通過探究睡眠的作用，告訴我們「不睡不行」。並且，當睡眠不夠，腦內的垃圾不能完全清除，就會積累到第二天，從而加重大腦的負擔，降低它的運轉的能量，而這種能量不足，表現在我身上就是無法集中注意力，無法思考。所以，當我們週末補覺的時候，就是在花更多的時間來給大腦定期做大掃除。
殘忍的睡眠剝奪實驗科學家還嘗試通過反向邏輯的實驗來研究睡眠的作用，「如果不睡覺，會發生什麼？」於是，便有了睡眠剝奪實驗。
在這個試驗中，研究者把兩隻老鼠養在一個轉輪裝置中，用固定隔板隔開，並通過儀器和電腦程序持續監控老鼠的腦電波，並識別它們是否入睡。當實驗組老鼠的腦電進入睡眠狀態時，轉輪開始轉動，強迫實驗組老鼠醒來並隨著轉輪走動。而對照組的老鼠可以在實驗組老鼠清醒時自由睡眠。
結果就是，無法睡覺的老鼠吃的越來越多，體重卻越來越輕，時間長了，體溫也開始出現紊亂，整個能量代謝平衡被打亂、體溫維持和免疫系統維持都無法繼續，從而導致死亡。
跟上一個溫和的研究不同，這個實驗赤裸裸的告訴我們——不睡覺會死。
也有以人為實驗對象的睡眠剝奪實驗。當人持續 40 個小時不睡之後，會出現複視、耳鳴、皮膚針刺感等現象，並伴有輕度幻覺。當剝奪時間達到 120 小時，人就會頻繁產生幻覺，嚴重的則出現試聽障礙。
1965 年，17 歲的中學生蘭迪·加德納（Randy Gardner）在斯坦福大學睡眠實研究室工作人員監測下創造了 264 小時 12 分鐘睡眠剝奪吉尼斯記錄，此後考慮到有違健康原則，吉尼斯取消了對此類記錄的認證。
人類做過的最殘忍的睡眠實驗可能就是前蘇聯的「30 天不睡覺」實驗了。細節在這裡這我就不描述了，簡直殘暴，好奇寶寶自己去搜吧。
睡眠基因與精神疾病隨著對睡眠研究的深入，科學家發現睡眠與精神疾病的發生非常相關。
既然大腦在睡眠時會清洗大腦排出的廢物，那麼都有哪些廢物呢？研究發現這其中包含一種叫作「乙型澱粉樣蛋白」的物質，這是大腦不斷產生的一種蛋白質。而阿茲海默症病患便無法正常清除乙型澱粉樣蛋白，它們會在患者大腦中不斷增加、聚集，囤積在大腦細胞之間的空隙。而這種乙型澱粉樣蛋白的不斷堆積，被認為是阿茲海默症的重要成因之一。
另外，在一些特定的精神疾病產生時，患者通常會提前表現出睡眠失調。比如，那些極容易患雙重人格的年輕人在診斷出雙重人格之前幾乎都已經有睡眠失常的表現。
睡眠神經科學家羅素·福斯特在 TED 演講《我們為什麼要睡覺》中提到：精神疾病和睡眠並不是簡單的直接因果關係，兩者是在腦部形成了生理上的連接——當那些能讓我們正常睡眠的重要基因發生變異時，人的心理健康也會更容易產生問題。但是，我們還不知道這些基因會在什麼情況下發生變異。
希望此刻看到文章的你們，今晚都能睡一個好覺。
林拜
