撰文 / 謝世澤（浙江大學）
睡眠可以把各種動物的活動限制在特定的一段時間。這段時間裡，動物可以很有效率地尋找食物，並避開其他動物的攻擊。但是對於已經沒有了被天敵捕食的擔憂，可以隨時隨地躺下呼呼大睡的人類來說，我們睡著的時候大腦也在休息嗎？做夢的時候大腦有哪些活動呢？
快速眼動睡眠中的人幾乎沒有任何肌張力，身體完全癱軟。這也就是我們坐著睡著，卻不會進入天馬行空的夢境的原因
PART.01
原來大腦“不睡覺”
過去，科學家們普遍認為睡眠是一段恆定不變的時期，只有很少的身體和大腦的活動。直到1952年，研究者記錄了睡眠中人的腦電波，才發現睡眠是由不同的階段組成的。
一個晚上，你可以多次進入一個被稱為“快速眼動睡眠”的狀態，這個階段你的腦電波看起來很像醒著的時候，但你的身體卻是靜止的，只有眼動肌會動。這個時候你會做一些生動而詳細的夢。對於這個階段，一個形象的說法是：一個癱瘓的軀體裡有一個活躍的腦。
相應的，其餘的睡眠時間你則處於一種叫作“非快速眼動睡眠”的狀態。這個階段一般不會產生複雜的夢，但你的身體是可以活動的。這個階段可以被描述成：一個可以活動的軀體裡有一個空閒的腦。
PART.02
大腦中的“清道夫”
人類在清醒時大腦產生的代謝廢物，如果不被及時清理掉，就會堆積起來對大腦造成損傷，那麼這些代謝廢物是怎麼透過睡眠被清理掉的呢？
科學家採用雙光子顯微鏡等新技術，發現了這個“清道夫”的廬山真面目，原來是神經膠質細胞。在睡眠中，神經膠質細胞調控大腦中的組織間隙增加大概60%的空間。更大的組織間隙就像更大的排水管道，使得大腦中的代謝物可以被高效地清理掉。研究人員發現，在睡眠狀態下清除廢物的速度是清醒時的兩倍，這也證明了睡眠的修復作用。
PART.03
夢中可以“解題”？
俗話說，解決一個問題最好的方法就是睡一覺。歷史上有很多傳奇故事似乎證明了這句話。比如著名化學家凱庫勒夢到一條蛇咬住了自己的尾巴，形成旋轉的環狀，於是他想通了苯分子的環狀結構。又比如俄國科學家門捷列夫做夢時夢到元素紛紛落到了一張表格的合適位置裡，於是他製作出了著名的元素週期表。那麼，夢中真的可以“解題”嗎？
從研究者目前積累的大量資料來看，睡眠確實有助於學習和記憶的鞏固。學習過程中大腦中可以形成很多新的突觸（突觸是神經元之間在功能上發生聯絡的部位，也是資訊傳遞的關鍵部位），但是太多的突觸會佔用大腦大量的容量，我們並不能無限地往腦裡塞東西。
研究發現，在睡眠中，一部分連線強度弱的突觸會被選擇性地消除，同時一小部分比較重要的突觸可以透過巧妙的辦法加強和儲存下來。
這些發現從很基礎的層面解釋了睡眠在學習和記憶鞏固確實存在一定作用。當然，睡眠不是萬能的靈藥，白天的努力工作和學習也是必需的。
PART.04
做夢時大腦可能在複習？
研究人員做了一個有趣的實驗：他們讓大鼠沿著環形的軌道單方向反覆跑動來獲得食物獎勵，然後記錄下大鼠儲存空間記憶的海馬區裡位置細胞的活動。位置細胞是隻對特定的空間位置響應的細胞，比如一小群對應左上角，一小群對應中央位置。然後研究員就可以記錄下大鼠在軌道里跑動的海馬位置細胞的啟用模式。
有意思的是，當大鼠睡著了，進入非快速眼動睡眠之後，海馬區相同的位置細胞啟用模式竟然出現了。就像大鼠的大腦正在回放訓練中的經歷一樣。我們可以合理猜測，我們在睡眠中可能會重現白天的任務，這種重現也許可以達到增強學習的效果。
夜已深就趕緊躺到床上去吧。睡夢中你將會體驗一個又一個荒誕、不合邏輯的故事。或許在夢裡，你可以想象某些超然於你清醒時對自然界感知的結構和情境呢。
本文來自《知識就是力量》雜誌，原標題《當我們睡覺時，大腦在做什麼》，作者謝世澤，有刪改，原創作品轉載請註明來源。
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