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睡眠是每日必不可少的活動，睡眠時間不足不僅會使個體精神萎靡，還會導致大腦處理任務的效率下降，認知行為出現衰退，大腦感覺就像“宕機”了一樣。但是你可能曾發現，當自己昏昏沉沉時，只要在中午經歷短暫的小憩，醒來後大腦的表現就能有著明顯改善。
事實上，一些研究結果也印證了這一現象，比如有試驗讓部分志願者參與短暫的日間小睡，結果發現他們在處理各種感官相關的認知任務時，表現要比那些沒有小睡的人明顯更好，並且日間小睡通常與非快速眼動期（NREM）密切相關。
圖片來源： 123RF
在一個完整的睡眠週期裡，NREM和快速眼動期（REM）會交替出現，而在NREM中又有約一半的時間為淺睡眠階段，午睡常常就是這類淺睡眠。在最新一期《科學》雜誌的一篇論文中，美國萊斯大學和威爾康奈爾醫學院的研究人員藉助獼猴模型發現，30分鐘的短暫睡眠就能顯著改善個體的認知行為。在睡眠期間，神經元之間的放電活動趨於同步，清醒之後這種同步模式會迅速改變，變為相對獨立放電。這種模式的迅速轉變與睡眠後的認知能力提升具有密切聯絡。
研究中，作者重點關注了三個皮層區域，包括視覺皮層V1和V4區，以及背外側前額葉皮層，這些腦區積極參與了視覺處理和執行功能任務等相關活動。為了模擬人類的短暫睡眠，作者會讓獼猴處於頭部固定且身體受限的狀態，論文指出這種條件能更好地訓練它們經歷30分鐘的短暫睡眠狀態，且不足以產生一個完整的睡眠週期。
為了確認獼猴真實地入睡而不是假寐，作者額外使用了多導睡眠監測（Polysomnography）對它們的大腦和肌肉活動進行了觀察，同時藉助人工智慧對影片進行分析來判斷它們的睜眼或閉眼狀態，下巴是否鬆弛。在這種背景下，作者記錄了獼猴的神經尖峰活動，並確定哪些個體產生了NREM。隨著睡眠狀態發生，作者觀察到獼猴大腦中低頻率的delta波活動（0.5Hz~4Hz）開始增加。
▲30分鐘的睡眠可以改變個體的神經活動（圖片來源：參考資料[1]）
30分鐘睡眠結束後，獼猴會被指派進行一系列的視覺處理任務，比如分辨前後閃過的圖片是否為同一張，這些圖片除了出現時間上有間隔，還會經過一定角度旋轉來提升難度。與一直清醒的個體相比，30分鐘短暫睡眠可以極大地提升視覺分析和角度區分的表現，並且任務難度越大這種優勢就越明顯。
而在神經活動方面，短暫睡眠可以明顯改變神經元活動模式。與對照組相比，進入睡眠狀態後神經元的同步性活動提升了57.1%，這種同步性會在清醒之後降低，並且神經元的資訊編碼精度，放電頻率會得到提升。而對照組的神經元活動在整個實驗期間沒有明顯變化。作者認為這種神經元同步性和非同步性的轉變，是認知行為得到提升的關鍵。
作者發現除了真實地進行短暫睡眠，還可以透過電刺激來“欺騙”大腦，比如在視覺皮層使用4Hz的電刺激，也可以使大腦產生NREM中見到的低頻delta波，同時獼猴也會獲得與睡眠帶來的認知改善。這表明透過模擬午睡的神經活動，就足以對認知功能產生積極影響，這種策略或許可以幫助那些認知受損的患者。但對於普通人來說並沒有這麼麻煩，想要獲得這些好處，只需要在中午小睡30分鐘就夠了。
參考資料：
[1] NREM sleep improves behavioral performance by desynchronizing cortical circuits. Science (2024). DOI: 10.1126/science.adr3339
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