一花一世界卍
人和其他动物依次经历各个睡眠阶段，表明睡眠具有进化的基础和生物学的需要。睡眠阶段分为快速眼动睡眠（REM）和非快速眼动睡眠（NREM）两个阶段。如果个体能在较长一段时间里得到每夜7~8个小时的睡眠，那么其各项功能都会运行完好。
为什么人类需要睡眠？ NREM睡眠的两个最普遍功能是保存和恢复。由于NREM睡眠可以使动物在无需寻觅食物、寻求配偶或工作时保存能量，所以得以演化。但是，睡眠也把动物置于可能受到其他食肉动物攻击的风险之中。研究者认为，睡眠过程中脑活动的周期之所以得以进化，是因为这种周期能够使受攻击的风险最小化。脑活动的这种模式能够让动物在睡眠的时候依然保持对环境较高的觉察。那么为什么动物一定要把自己置于风险之中呢？答案在于NREM睡眠的恢复功能。比如，在觉醒状态下，伴随大脑工作的氧代谢会产生损害脑干、下丘脑、海马等脑区神经元的物质。NREM睡眠为大脑阻止损伤、修复脑细胞提供了机会。
如果剥夺你一晚的REM睡眠，你第二晚的REM睡眠会比平常更多，这说明REM睡眠也具有某些必要的功能。例如，在婴儿期，REM睡眠似乎是视觉系统以及其他感觉和运动系统正常功能的发育所必需的。对于成年人，REM睡眠对于学习和记忆发挥重要作用。实验表明，REM睡眠为大脑巩固新任务的知识提供了环境。需要注意的是，NREM睡眠也在巩固学习和记忆中起到重要作用。
睡眠太少会造成一些严重的后果。睡眠剥夺对认知表现会产生广泛的负面效应，包括注意和工作记忆方面的困难。睡眠剥夺也会损伤人们的运动技能。睡眠缺乏的司机更容易发生交通事故。
内含子的表达
睡觉的一个最主要的原因就是让大脑有时间排毒。当我们在白天清醒的时候，大脑需要做很多认知工作，在这个过程中，大脑的神经元会消耗很多生物能量，并且在这个过程中会产生很多生物副产品，也就是大脑中的生物废料。这些生物废料会随着大脑的活动在大脑中越积越多，而如果很久不清理的话，就会影响大脑的能力，严重的时候甚至会导致神经元的死亡。大脑神经元的代谢产物有很多不同的成分，比如说有腺苷。腺苷在神经元中累积到一定程度之后， 会让人想睡觉。而我们喝咖啡提神的原因，就是可以阻断腺苷受体，使得我们可以感觉不那么想睡觉。
那么在睡觉的时候，大脑是通过什么样的方式来排除大脑生物废料的呢？靠的就是大脑中的淋巴系统。在以前，科学家一直以为大脑中是没有淋巴系统的。因为科学家一直认为大脑和身体之间有着血脑屏障，血脑屏障会把大脑变成一个相对分离的器官，并且认为大脑中不存在淋巴系统。但是要在2015年，美国弗吉尼亚大学的科学家发现，原来大脑和身体一样，也是有着复杂的淋巴系统的，并且这个淋巴系统遍布全脑，是大脑神经元排毒的关键。科学家观察了老鼠的脑膜，结果发现，大脑和脊髓的脑膜上原来遍布着淋巴网络， 这个复杂的淋巴系统会把大脑中产生的肥料通过脑脊液运输到我们脖子上的淋巴结，最终加以处理。而这个处理废掉的过程，主要发生于睡眠的时候。美国罗切斯特大学的科学家发现，当小老鼠在睡眠的过程中，大脑的神经元之间的空隙会增加20%左右，增大的空隙就使得大脑的淋巴系统可以更加好的开展工作，把清醒的时候产生的各种生物废料通过这个比较大的空隙，有脑脊液运输出大脑。
酷炫脑科学
早在 2000 年前，医学家盖伦就试图对睡眠做出一个解释：当我们醒着的时候，大脑的动力——脑汁——会流出脑外，流到全身，然后让身体活动起来；而当我们睡着的时候，身体的汁液会流回大脑，如此形成循环。这个解释现在看起来虽然很荒谬，但却意味着着，人类早在几千年前就开始对睡觉这件事产生了好奇。
可惜的是，直到现在人类也没能弄完全弄明白睡觉这件事，无法从科学的角度来正向解释这个问题——我们为什么需要睡觉，什么时候需要睡觉。但是，在 2014 年，神经学家 Jeff Lliff 在一次名为《One more reason to get a good sleep》的 TED 演讲里说到了一个实验结论，解释了「睡眠有什么作用」，这在一定程度上解释了睡眠的原因。
人体器官的持续运转需要能量供给，遍布身体的血液循环系统就负责解决输送营养的问题，利用血管传送营养素和氧气到全身的每个部位，给器官提供能量。在消耗完营养素之后，所有细胞也都会产生废物，如何清理这些废物？经过演化的淋巴系统负责解决这个问题，这套循环系统遍布全身，带走细胞之间的蛋白质和其他废物，相当于是一个「垃圾」清理系统。所以，这两套系统就保障了器官的持续运转。
但大脑是人体中一个特别的器官。大脑的能耗非常高，需要消耗全身能量的 20%-25%，虽然它只占全身质量的 2%。大脑也是通过血液循环系统来输送营养的，获得能量供给。但是，大脑里没有淋巴管，那么问题来了，大脑所产生的废物怎么排掉？
好的，科普部分来了！
大脑里面有一个巨大的「水池」，里面充满了干净、透明的液体，叫做「脑脊髓液」，学名 CSF（Cerebrospinal fluid），脑脊髓液充满大脑，大脑产生的废物会排到脑脊髓液里，然后跟着脑脊髓液一起流到血液里，把废物排出。
但是，大脑里的液体和废物，并不是随便就渗透到脑脊髓液里的，而是通过一个特别的「开关」来控制这个过程，这个开关，很有可能就是睡眠。
Science 的一篇研究文章表明，在睡眠时，脑脊液更容易在脑内流动，因此人在睡觉的时候，可以高效清除大脑里的代谢废物，让大脑恢复活力。如下图，黄色显示清醒时的脑脊液分布，绿色显示睡眠时的分布。
进一步研究发现，睡眠时脑内细胞间隙比清醒时更大，这意味着睡眠时脑脊液更容易进入脑内与组织间液进行交换。如下图，同样黄色代表清醒时，绿色代表睡眠时，波幅越大代表间隙越小。
所以，当我们睡觉的时候，大脑里的脑脊液便开始给大脑洗澡，洗掉积累了一天的代谢垃圾，这个过程一般需要持续 8 小时左右，正好符合人类最佳睡眠时间为 8 小时的说法。
所以，这个研究的结论就是告诉我们——睡眠是维持大脑运转的必要条件，而大脑是维持生命运转的必要条件。它通过探究睡眠的作用，告诉我们「不睡不行」。并且，当睡眠不够，脑内的垃圾不能完全清除，就会积累到第二天，从而加重大脑的负担，降低它的运转的能量，而这种能量不足，表现在我身上就是无法集中注意力，无法思考。所以，当我们周末补觉的时候，就是在花更多的时间来给大脑定期做大扫除。
残忍的睡眠剥夺实验科学家还尝试通过反向逻辑的实验来研究睡眠的作用，「如果不睡觉，会发生什么？」于是，便有了睡眠剥夺实验。
在这个试验中，研究者把两只老鼠养在一个转轮装置中，用固定隔板隔开，并通过仪器和电脑程序持续监控老鼠的脑电波，并识别它们是否入睡。当实验组老鼠的脑电进入睡眠状态时，转轮开始转动，强迫实验组老鼠醒来并随着转轮走动。而对照组的老鼠可以在实验组老鼠清醒时自由睡眠。
结果就是，无法睡觉的老鼠吃的越来越多，体重却越来越轻，时间长了，体温也开始出现紊乱，整个能量代谢平衡被打乱、体温维持和免疫系统维持都无法继续，从而导致死亡。
跟上一个温和的研究不同，这个实验赤裸裸的告诉我们——不睡觉会死。
也有以人为实验对象的睡眠剥夺实验。当人持续 40 个小时不睡之后，会出现复视、耳鸣、皮肤针刺感等现象，并伴有轻度幻觉。当剥夺时间达到 120 小时，人就会频繁产生幻觉，严重的则出现试听障碍。
1965 年，17 岁的中学生兰迪·加德纳（Randy Gardner）在斯坦福大学睡眠实研究室工作人员监测下创造了 264 小时 12 分钟睡眠剥夺吉尼斯记录，此后考虑到有违健康原则，吉尼斯取消了对此类记录的认证。
人类做过的最残忍的睡眠实验可能就是前苏联的「30 天不睡觉」实验了。细节在这里这我就不描述了，简直残暴，好奇宝宝自己去搜吧。
睡眠基因与精神疾病随着对睡眠研究的深入，科学家发现睡眠与精神疾病的发生非常相关。
既然大脑在睡眠时会清洗大脑排出的废物，那么都有哪些废物呢？研究发现这其中包含一种叫作「乙型淀粉样蛋白」的物质，这是大脑不断产生的一种蛋白质。而阿兹海默症病患便无法正常清除乙型淀粉样蛋白，它们会在患者大脑中不断增加、聚集，囤积在大脑细胞之间的空隙。而这种乙型淀粉样蛋白的不断堆积，被认为是阿兹海默症的重要成因之一。
另外，在一些特定的精神疾病产生时，患者通常会提前表现出睡眠失调。比如，那些极容易患双重人格的年轻人在诊断出双重人格之前几乎都已经有睡眠失常的表现。
睡眠神经科学家罗素·福斯特在 TED 演讲《我们为什么要睡觉》中提到：精神疾病和睡眠并不是简单的直接因果关系，两者是在脑部形成了生理上的连接——当那些能让我们正常睡眠的重要基因发生变异时，人的心理健康也会更容易产生问题。但是，我们还不知道这些基因会在什么情况下发生变异。
希望此刻看到文章的你们，今晚都能睡一个好觉。
林拜
