睡眠的谜团

      为什么长颈鹿一天只睡几个小时，而狮子却要昏睡14小时以上?如果说睡眠对大脑发育至关重要的话，为什么新生的虎鲸和宽吻海豚几乎整月彻夜不眠？精确计算证实，8小时睡眠仅提供1杯牛奶的能量，那动物究竟从睡眠中得益了什么呢？


　　睡眠对于人类的生存至关重要。为什么我们和其它许多动物会将一生的大量时间耗费在睡眠上，这是生物学领域最大的奥秘之一。动物在睡眠的时候，既不能饮食，也不能进行交配，而且极易受到攻击。睡眠究竟给生存带来什么好处呢？难道睡眠就是为了完成某些至关重要的生物功能，诸如使身体恢复活力或者重新“启动”大脑而逐步进化？这是研究人员多年来苦苦思索的一个问题，尽管至今依然莫衷一是，但或许他们错了。
　　睡眠的主要功能不可能是为了记忆。以往的观点是：快速眼动睡眠对维持大脑发育是必不可少的。几乎所有新生的哺乳动物都是在睡眠中度过大部分时光，且快速眼动睡眠的比例很高。然而，一项突破性研究证实：新生的虎鲸和宽吻海豚在出生后第一个月是一直不睡觉的，而且也没有出现什么不良后果。
　　近年来，世界各地有不少科学家，对此进行了彻底的反思。美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的杰里·西格尔在对一系列动物的睡眠行为进行了20余年研究后，得出了颇具争议性的结论：睡眠完全不是出于生物原因而逐步进化的。“我以前一直秉持这样的观点：睡眠想必会起到某种对维持生命必不可少的作用，因为它会阻止你去做进食和生育之类的其他事情，但是动物王国的情形却并非如此。”他说。睡眠这一不可思议的奥秘，其实一点儿也不神秘。他相信，睡眠之所以逐步进化，仅仅是为了保存体能，使我们避免麻烦。
　　如何解释睡眠的目的，主流观点历来着眼于两个泾渭分明的阶段的功能。第一个阶段是非快速眼动（Non-REM）睡眠，其中包括“慢波”睡眠这一以更缓慢、更漫长的脑波为特征的关键性时期。接下去是快速眼动（REM）睡眠；在这个阶段，身体近乎瘫痪，而大脑则处于高度活动的状态。它通常与梦境联系在一起，虽然事实上我们在睡眠周期的任何阶段都会做梦。
　　过去，研究的重心一直聚焦于快速眼动。一种颇为风行、同时也得到大量试验印证的观点认为：它对稳固记忆和从日常经验中推导出主题和规则是重要的。去年，这个领域首屈一指的研究人员、哈佛大学的罗伯特·斯蒂戈尔德提出报告称：经过一夜睡眠，人们要比白天清醒，同样时间后更善于回忆起相关的单词表。他们还发现，睡眠以后更容易重新归纳单词所共有的主题。
　　数十项迄今发表的研究，都指向了睡眠所带来的约15%的改善效益，以及经过一夜睡眠后从学习行为中推导出规则和模式的能力。“15%真的能带来大不一样的效果，足以使你的行为举止由平庸一变而为高明。”斯蒂戈尔德声称，“从长远角度——不是几个小时，而是几天、几个月乃至几年——来看，睡眠的累积效益会变得不可估量。”
　　西格尔对此并不信服；他认为，15%的效益不足以使记忆稳固成为快速眼动睡眠的一个基本功能。而且，持这种观点的不止他一个人。英国杜伦大学的睡眠研究人员伊莎贝尔·卡佩利尼也表示赞同。“这种影响十分微小，睡眠的主要功能不可能是为了记忆。”她说。西格尔指出，人们若被剥夺了快速眼动睡眠，可能会处于不利的境地，但至今没有证据表明数百万服用抗抑郁药物的病人记忆出现缺陷；包括百忧解在内的抗抑郁药物，有可能扰乱或消除快速眼动达数月甚至数年之久。
　　另一种观点认为，快速眼动睡眠对维持大脑发育是必不可少的。几乎所有新生的哺乳动物都是在睡眠中度过大部分时光的，快速眼动睡眠的比例很高。然而，西格尔却发现了一个例外。他在2005年公布的一项突破性研究中证实：新生的虎鲸和宽吻海豚在出生后第一个月几乎是彻夜不眠的——或者说，简直完全不睡觉，却也没有出现什么不良后果。西格尔说，对海豚历时20年的脑电图研究，实际上也没有提供任何表明它们出现过快速眼动的确切证据。他认为，这一事实连同海狗异样睡眠习性的发现，对理解快速眼动睡眠的目的具有十分重要的意义。
　　由莫斯科乌特里希海豚馆的奥列格·利亚明负责的一项研究证明，在海狗去海上猎食所度过的漫长时光中，它们的睡眠方式就像海豚那样，每次只有一半大脑处于静止状态，而且快速眼动水平骤然下跌。它们甚至能一连几星期完全摆脱快速眼动，然而一旦回到陆地，其睡眠模式又会接近于其他形体相似的哺乳动物。以狗或人类为例，如果快速眼动剥夺达到这样的程度，那就难免会形成一笔“巨额债务”，必然在动物下一次入睡时出现反弹，以期弥补损失。但利亚明研究小组却发现：当海狗返回陆地时，当即恢复了正常的睡眠模式，并没有出现快速眼动的反弹现象。
　　由此看来，海狗和海豚在睡眠时只有一半大脑处于静止状态，是完全可以摆脱快速眼动的。那么，它们是如何做到这一点的呢？按照西格尔的说法，其答案就在于脑干。
　　这个原始区域负责掌控着基本的生命功能，其中包括呼吸、心跳和血压。以陆上哺乳动物为例，脑干活动在非快速眼动睡眠期间会急剧下降，在快速眼动中又恢复到正常的清醒水平。所以，按照西格尔的说法，快速眼动只是允许个体在一种更警觉的状态中醒来；已有证据表明：动物和人要是在非快速眼动期间被唤醒，往往更易显得昏昏沉沉。换个角度来看，快速眼动的进化，是为了避免脑干在非快速眼动中长时间处于不活跃的状态。无论在哪一种情况下，没有非快速眼动，也就不会需要快速眼动。在西格尔看来，如果海狗和海豚通过睡眠使脑干处于活跃状态，有一半大脑仍保持着清醒，那么，这个事实便有助于解释它们何以不需要快速眼动的原因。目前，他的研究小组正在开发探索这一课题的技术。
　　小鼠在被剥夺睡眠后两、三个星期内死亡，相比之下，鸽子被剥夺了一个月的睡眠后却依然精神抖擞。专家认为，导致试验小鼠丧命的，与其说是睡眠剥夺，倒不如说是精神压力。至于长颈鹿那样的动物为什么一天只要睡几个小时，而狮子则长达14小时的现象，也不该一味专注于生物学，还应从生态学的角度去索解。
　　西格尔早年从事单孔目、原始产卵哺乳动物的研究，其中不乏为快速眼动“有益于”脑干这一观点提供论据的成果。以鸭嘴兽为例，它一天睡8个小时，其快速眼动持续时间之长，超过任何其他动物；而针鼹的快速眼动，仅仅局限于脑干。由此可见，快速眼动最初是在脑干中发生，而并非事后出现于脑皮层。这一事实也与下述理论不谋而合：快速眼动睡眠对学习和记忆等更高级的认知功能是至关重要的。
　　如果西格尔是正确的，快速眼动的根本目的只是使长时间的非快速眼动睡眠成为可能的话，那么问题就会变成：为什么我们需要非快速眼动——实际上，也就是究竟为什么非要睡觉不可呢？有一种观点认为，非快速眼动，特别是第四阶段的慢波睡眠，恰恰是我们为使大脑能终其一生地持续学习和适应环境所付出的代价。威斯康星-麦迪逊大学睡眠和意识中心的恰拉·西雷利及其同事发现，在睡眠期间，参与调整突触接合的蛋白质基因是被打开的。最近他们还发现，除了哺乳动物外，禽鸟也会发生这样的情况，从而强化了睡眠对动物具有普遍的核心功能的论据。
　　其他研究人员认为，睡眠多少能帮助躯体去应对代谢活动在清醒时段的不利生化后果。形体较小的动物，代谢率往往偏高，睡眠时间也比较长。更快速的代谢作用，会将更多有害于DNA（脱氧核糖核酸）的自由基排除掉。有些研究查明：试验小鼠一旦被剥夺了睡眠，就会出现程度严重的氧化性损害，暗示着睡眠具有的保护作用。
　　更多的研究揭示了睡眠在使免疫系统保持运转方面所起的作用，同时也证实了睡眠缺失与肥胖、抑郁症、心血管疾病和糖尿病之间的联系。此外，据纽约市立大学的恩格尔-菲利曼在2007年6月的睡眠学术会议上披露，睡眠不足的人往往偏爱吃有损于健康的快餐。
　　西格尔承认，有些生物过程可能得益于睡眠，但他又怀疑它所具有的重要核心作用。他质问：要是果真如此，有些动物怎么离开睡眠还能生存呢？拿牛蛙来说，它就是从来不睡觉的。在西格尔看来，海豚究竟是“睡眠”还是仅仅“休息”，也大有商榷的余地。虽然宽吻海豚每次以一半的大脑入睡并表现出脑电图慢波图形，但它依然反应敏捷，能让两个鳍肢彼此保持协调。除此以外，被剥夺了5天睡眠的海豚，在承担需要保持警觉的任务的第6天，还是会以其出色的表现而令人赞叹。
　　离开了睡眠，禽鸟还是会照飞不误。威斯康星-麦迪逊分校的鲁丝·本卡及其同事通过对供玩赏的白冠雀的研究发现，在迁徙期间，它们的睡眠水平大幅度降低，却并没有出现明显的不良后果。这个小组用鸽子进行的新研究，其蓝本是芝加哥大学导致小鼠在被剥夺睡眠后两、三个星期内死亡的常规试验。相比之下，鸽子被剥夺了一个月的睡眠后却依然精神抖擞，体格健壮。“它们好像可以永远不睡觉似的。”本卡说。
　　西格尔认为，导致试验小鼠丧命的，与其说是睡眠剥夺，倒不如说是精神压力。至于长颈鹿那样的动物为什么一天只要睡几个小时，而狮子则长达14小时的现象，也不该一味专注于生物学，还应从生态学的角度去索解。这种方法只是到最近才变得切实可行，其局部原因就在于一直没有足够的资料对不同物种的睡眠模式加以比较。目前，以德国、美国和英国为基地的研究团队正在应对这一挑战。
　　2006年，德国马克斯·普朗克鸟类学研究所的约翰·雷斯库及其同事，对54种哺乳动物的睡眠解剖学、生理学和生态学方面的先前研究进行了分析。结果发现，睡眠具有“种系发生的信号”——亦即关系密切的动物，也许具有比预期更为相似的睡眠模式。他们在这一前提下查明：大脑体积偏大的动物有更多的快速眼动，而不再存在非快速眼动。“由此证明：快速眼动睡眠起着神经生理学的作用，例如记忆巩固。”雷斯库说。然而他们又发现，代谢率较高的动物，无论非快速眼动还是总体睡眠时间，都会趋于缩短。
　　去年，卡佩利尼的研究小组对130种哺乳动物的睡眠模式进行了比较，发现这种信号是真实可信的。两个物种之间的基因关系越密切，它们的睡眠模式也越相似。不过，也有一些相距甚远的物种，由于独立的进化力量而具备相似的睡眠量。种系发生信号的发现，本身也许不足以阐明睡眠进化的缘由，却是研究人员力图梳理见之于大自然的多样化睡眠模式而必须思考的课题。“我认为，这是一项极其重要的发现。”卡佩利尼说。
　　睡眠的根本目的非但不是履行某些重要的生物功能，相反，它只是为了保存体能和使个体避免危险。在蛮荒世界里，确保基因传承的最佳策略是长眠不醒，能睡多久就睡多久。
　　然而，“体能保存”说目前也受到了挑战。因为精确的计算结果表明，睡眠期间积攒的潜能是微乎其微的。拿人类来说，8小时睡眠所积聚的体能，仅相当于一杯牛奶所提供的能量。
　　除了对种系发生的考虑外，卡佩利尼的团队还重新分析了许多研究数据，以便增加其可比性。他们考察了大脑重量、妊娠期、基础代谢率、睡眠场所暴露等状况，结果与雷斯库相反，并没有发现一个因素影响所及只限于快速或非快速眼动睡眠。由此可见，这两种状态都受到了同样的进化压力。
　　与雷斯库不同的是，卡佩利尼的团队没有找到什么证据，可用以验证睡眠具有任何的认知效益。他们的确发现，利用已暴露的场所睡眠的动物睡得比较少，可见惟恐被吃掉的风险对睡眠时间的影响之大。然而，群居入睡也往往比那些以独自打盹来消磨时光的动物睡得少，由此表明被捕食的风险对睡眠的影响不是很大。卡佩利尼的团队还发现，代谢率高的动物睡得比较少，体能需求较高；这也意味着它们不得不把更多的时间花在搜寻食物上，因而缩短了可供睡眠的时间。
　　这两个研究小组相信，他们的发现证明生态学因素对睡眠的影响较之先前预料的更加意义重大。然而，西格尔尽管鼓吹这一观点，却对他们的研究心存疑虑。例如雷斯库的研究，竟将鸭嘴兽这一大脑体积较小、快速眼动极其频繁的动物排除在外。还有一个问题，涉及到每一物种各具特色的生存境遇。为了举例说明，他提到了棕色鼠耳蝠每天要睡20小时的习性，认为这与鼠耳蝠爱吃每天傍晚只出没几个小时的苍蝇的嗜好有关。
　　这一实例触及到了睡眠功能的本质。西格尔认为，睡眠的根本目的非但不是履行某些重要的生物功能，相反，它只是为了保存体能和使个体避免危险。“在蛮荒世界里，确保基因传承的最佳策略是长眠不醒，能睡多久就睡多久。”他解释说。实际情况也正是如此。拿大型猫科类动物来说，它们一旦拥有足够的食物，其最佳进化策略便是照料幼兽；假如没有幼兽需要照料，那就尽量不活动，藉以保存体能。而要做到这一点，没有比睡眠更富于成效了。
　　西格尔在研究人员中享有的卓越地位，却使他的见解变得更具争议性。尤其是“体能保存”一说。“目前，没有充分的证据能支持这一假设。”卡佩利尼声称，“精确的计算结果表明，睡眠期间积攒的潜能是微乎其微的。拿人类来说，8小时睡眠所积聚的体能，相当于一杯牛奶所提供的能量。所以，这不可能是睡眠不断进化的缘由。”
　　本卡则坚持认为，睡眠——特别是慢波睡眠——或许起着一种重要的生物学作用。虽然她的那些被剥夺睡眠的鸽子和白冠雀看上去状况良好，但脑电图记录却表明它们在苏醒时出现过慢波大脑活动。本卡认为，这种昏昏欲睡的状态似乎会使它们的大脑在保持警觉的同时积聚起一些睡眠效益。此外，她的同事对人类志愿者的研究也发现，大脑特定部位学习或活动的增加或减少，会导致该部位慢波活动在次日夜间的增加或减少。
　　那么，我们是否可以期待一个24小时完全没有睡眠的社会呢？越来越多的人对这一设想进行了测试，利用的是那种能使你一连几天保持头脑机警而不至于发生明显问题的清醒药物。值得注意的是，这类药物似乎并不需要偿还睡眠“债务”。西格尔相信，睡眠是作为一种“停工期”而获得进化的。在被问及没有睡眠的生命是否可能时，他显得颇为自信：“站在纯科学的立场上，我们无法排除这一可能性。”