我们为什么要睡觉？

汉斯·伯格束手无策，巨大的野战炮朝他滚来。

1892 年，这位 19 岁的德国人应征入伍。一个春天的早晨，在一次训练中拉动重型火炮时，伯格的马突然将他摔倒在地。他无助又恐惧地看着滚滚而来的炮兵，炮兵直到最后一刻才停下来。

就在那一刻，伯格的妹妹——远在他家乡科堡——突然有了一种预感，一种强烈的感觉，认为她的哥哥遭遇了不幸。她恳求父亲给他发一份电报，以确保他安然无恙。伯格对这种巧合感到震惊。他后来写道，这是“一次自发性心灵感应的案例”。

为了理解这件事以及他所谓的“精神能量”，伯格开始研究大脑以及它在清醒时发出的电信号。从某种意义上说，他成功了。他记录大脑逸出并扩散到头皮上的微弱电信号的努力，为我们提供了研究睡眠的关键工具之一——脑电图（EEG），或者正如伯格所描述的，“一种大脑的镜子”。

1892 年，伯格发表了他的发现。当其他人试图复制伯格的工作时，他们意识到脑电图也能显示睡眠期间的电活动。根据脑电图的特征，研究人员可以证明有几个不同的睡眠阶段，它们的顺序和时间安排是许多睡眠障碍诊断的基础。但在最初使用脑电图的几十年里，有一个睡眠阶段没有人注意到。

在睡眠室

在 20 世纪 40 年代一次漫长的火车旅行中，英国谢菲尔德大学的物理学家罗伯特·劳森（Robert Lawson）进行了一项有趣的观察。他与一对年轻夫妇坐在一节车厢里，火车一路颠簸，他的两位旅伴几次都睡着了。劳森开始收集数据，记录旅伴睁着眼睛和闭着眼睛时眨眼的频率。他在 1950 年发表在《自然》杂志上的一篇简短信件中写道：“被观察者完全不知道自己正在被观察。”当他们睁开眼睛时，这对夫妇每隔大约两秒钟眨一次眼。当他们闭上眼睛时，劳森看到他们的眼睑会以相同的频率抽动一段时间。然后，眨眼完全停止了，这让劳森认为从清醒到睡眠的过渡不是渐进的，而是突然的。

当时“世界上最杰出的睡眠研究者”纳撒尼尔·克莱特曼（Nathaniel Kleitman）看到了这个偶然的观察。这位芝加哥大学的教授随后给一位名叫尤金·阿瑟林斯基（Eugene Aserinsky）的研究生布置了任务，让他去了解更多关于眨眼的信息。他埋头于文献研究，目标是成为“那个狭窄领域的首屈一指的学者”。

当阿瑟林斯基在他的设备上捣鼓时，他年轻的儿子阿蒙德（Armond）经常在实验室里陪着他。现年 70 多岁、居住在佛罗里达州棕榈港的退休临床心理学家阿蒙德回忆说：“这栋建筑又老又暗，就像 30 年代的恐怖电影一样。”这可能会吓跑一个普通的 8 岁孩子，但对阿蒙德来说，这是激动人心的时光。他和父母、姐姐住在校园里，以芝加哥大学为游乐场。

阿瑟林斯基经常让年幼的阿蒙德参与他的研究，和他交流想法，让他阅读手稿，或者用他来校准脑电图设备。“你大脑里有电出来，”他向儿子解释道，“这台机器会测量它。看到你睡着时产生的信号会很有趣。”

阿蒙德至今还记得一次特别的经历。那天下午，他在睡眠室里。这是一个只有一张婴儿床的房间，唯一与外界沟通的工具是内部通话器。他的头皮和眼睑上都贴着电极，电线会将他的脑电波和眼球运动传输到外面的记录设备。在被指示躺下并尝试睡觉后，阿蒙德——像个乖孩子一样——照做了。

大约一个小时的午睡后，读数显示他的眼球突然变得疯狂，快速地从左到右抽动。“我父亲叫醒了我，问我怎么了。”阿蒙德一直在做梦。“我仍然记得 65 年前的那个场景，一只鸡在鸡舍里散步。”

随着阿瑟林斯基研究的深入，他睡眠中的受试者似乎进入了一种截然不同的状态。仔细研究机器吐出的厚厚纸张——每次试验高达半英里的纸张——阿瑟林斯基发现，有时在睡眠期间的脑电信号看起来几乎与清醒时的信号难以区分。尽管他们的眼球在抽动，但受试者显然仍然睡着了。

这就是所谓的快速眼动（REM）睡眠。阿瑟林斯基和克莱特曼于 1953 年将这些发现写成了论文发表在《科学》杂志上。然而，他们过于关注眼睛，以至于忽略了一些重要的事情。REM 睡眠还伴随着全身肌肉张力的完全丧失，这很可能是为了防止你将梦境付诸行动。

睡眠编号

REM 睡眠的发现激发了一系列研究。芝加哥大学心理学毕业生威廉·德门特（William Dement），后来成为斯坦福大学一位标志性的睡眠研究者，最近加入了克莱特曼的圈子，并协助阿瑟林斯基进行工作。他对 REM 睡眠可能是一种研究梦境的客观方法的可能性感到兴奋。

几年之内，德门特和克莱特曼就基于脑电图的正常健康睡眠阶段给出了描述。所有这些阶段——1、2 和 3——都被统称为“非 REM”睡眠。然后，突然之间，大脑就像穿过一个认知门户一样，进入了 REM 睡眠状态。一阵剧烈的眼球活动爆发，持续几分钟，然后大脑恢复到相对平静的非 REM 状态，整个周期再次开始。这个周期的持续时间——从第 1 阶段开始到 REM 结束——通常持续约 90 分钟，并在整个夜晚重复。

德门特写道：“我相信，睡眠研究在 1953 年真正成为一个科学领域，那时我终于能够对睡眠期间的大脑和眼睛活动进行整夜连续记录。“这是第一次有可能在不打扰睡眠者的情况下对睡眠进行连续观察。”

德门特最终获得了足够的数据，表明人类大脑每晚需要大约 80 分钟的梦境时间——如果得不到，它会试图弥补。这表明 REM 睡眠对大脑的正常功能起着至关重要的生理作用。

奥地利神经学家、精神分析创始人西格蒙德·弗洛伊德（Sigmund Freud）认为，梦境必须是愿望满足的一种形式，揭示了被压抑的、常常是性的欲望。虽然现在很少有人相信这种弗洛伊德式的想法，但最近的一项研究表明，大多数人仍然相信梦境是有意义的。

但这种流行的消遣可能是在浪费时间和精力。在 20 世纪 50 年代，德门特仔细研究了他受试者的脑电图信号，希望能找到 REM 睡眠的 [功能]，从而找到梦境的 [功能]。与此同时，里昂大学的米歇尔·朱维特（Michel Jouvet）有了一个有趣的发现，表明梦境可能不是 REM 睡眠的 raison d’être（存在理由）。

当他剥离猫的大脑，移除大脑厚厚的外层皮质（大多数梦境活动被认为发生在这里）时，这些动物仍然睡得很好，拥有规律的非 REM 和 REM 睡眠周期。结果发现 REM 睡眠起源于大脑中一个古老的区域，称为脑桥。

这一观察是 1977 年发表在《美国精神病学杂志》上的一篇文章的核心，作者是哈佛医学院的两位精神病学家艾伦·霍布森（Allan Hobson）和罗伯特·麦卡利（Robert McCarley）。他们提出，REM 睡眠始于脑桥的某种激活，这是一种无内容脉冲，只有当它在皮质中反弹时才获得意义，合成生动的意象、疯狂的情节和强烈的情绪。这一系列事件有效地将梦境降级为次要的、也许无关紧要的后续考虑。

在《睡眠的承诺》一书中，德门特用一个闪闪发光的类比捕捉了这种现象的本质

可以想象一个彩绘玻璃窗……白光，它是五颜六色的混合体，从一边进入，但从另一边出来的是一种具有明确色彩模式的光，这种模式常常非常有意义。就像彩绘玻璃窗（它是光的过滤器）一样，大脑充当一个过滤器，对通过它的随机信号施加秩序。

爬行动物的梦

这并不是说研究人员和临床医生在为什么我们会睡觉的问题上达成了共识。他们还没有。然而，睡眠很可能起着不止一种作用。

例如，一种理论认为睡眠是为了节省能量——加州大学洛杉矶分校的睡眠研究员杰里·西格尔（Jerry Siegel）称之为“适应性不活动”的假设。有些人反驳说，大脑在睡眠时是活跃的，节省的能量微乎其微——对人类来说，这相当于一块面包的能量。“我的看法是，”西格尔说，“节省一点能量并非微不足道。如果你每天能给地球上一半人一块面包，那么他们会比没有面包的另一半人过得好得多。”

还有很多其他的想法。例如，它可能是清除无意义信息的一种方式。2003 年，威斯康星大学麦迪逊分校的生物学家提出了这个想法。他们认为，当动物清醒时，大脑忙于建立联系，所以需要睡眠来削减这种神经噪音。十多年后，有令人信服的证据表明，在非 REM 睡眠阶段会发生某种神经编辑。

还有证据表明，非 REM 睡眠可能是脑细胞进行重要家务活的时间，例如补充神经递质（大脑的化学信使）的储备。在非 REM 睡眠期间，脑细胞似乎也会有所缩小，从而为脑脊液的渗透和冲走有毒代谢废物腾出更多空间。

尽管德门特等人付出了最大的努力，我们在 REM 睡眠方面并没有取得同样的进展。

伊曼纽尔·米格诺特（Emmanuel Mignot）是德门特在斯坦福睡眠科学与医学中心主任的继任者。米格诺特认为，REM 睡眠具有作为一种古老现象的所有特征，它在脊椎动物进化过程中，在负责复杂思维的前脑有机会扩张之前就已经进化了。他认为，REM 睡眠可能是原始大脑的一种休息方式。

这也解释了 REM 睡眠最令人费解的一点：为什么它会导致体内大部分核心生理功能离线。骨骼肌关闭，体温自由运行，呼吸变得不规律，心跳加速，血压升高，血管扩张。“在 REM 睡眠期间，你就像一只爬行动物，”米格诺特说。

转移焦点

这就是为什么斯坦福大学的发育遗传学家菲利普·莫兰（Philippe Mourrain）希望在比人类更简单的生物——斑马鱼——身上找到睡眠的秘密。他说，鱼没有眼睑，睡觉时眼睛也不会动，但它们确实会经历与人类相似的睡眠状态。

莫兰认为 REM 睡眠的主要特征是肌肉麻痹，而不是某些物种表现出的奇怪眼球抽动。“眼球运动不是量化这种状态的最佳方式，”他说。最好是根据控制这些现象的大脑部分来定义睡眠。

幸运的是，这些古老的结构在斑马鱼身上完全暴露。此外，幼鱼是透明的，所以整个神经系统——包括大脑——在显微镜下都可以看到。通过巧妙的基因工程，还可以将某种蛋白质[注入]高度特定的神经元群体，当它们激发时，就会发出闪烁的荧光。

在莫兰的实验室里，一台笔记本电脑屏幕上显示着一幅暂停的幼年斑马鱼的显微图像。它大脑的某些部分正在发荧光，有些区域比其他区域更亮。后脑有一个明亮的神经活动信号，眼睛附近有一个较弱的光晕，尾部肌肉有一个更微弱、更弥散的信号。

莫兰按下播放按钮。在最初的几秒钟里，没有发生什么。这条鱼的头被固定在一团透明凝胶中，以保持它在显微镜镜头下，它是清醒的。但当一滴已知会触发 REM 睡眠的安眠药滴入水中时，就会发生神经反应。砰！一道耀眼的强光从鱼的脑桥开始。一股浪潮从脑干向前涌入大脑，漂白了眼睛，并在鼻尖处消失；这就像驱动哺乳动物 REM 睡眠的波浪一样。

“专注于图像的焦点发生了什么，”他说。当脑桥闪烁时，斑马鱼会模糊。“它因为肌肉放松而变得模糊。”从脑桥辐射出来的美丽协调的光波伴随着肌肉麻痹，这与小鼠、猫和人类在 REM 睡眠期间发生的情况完全相同。

在他们大楼的地下室里，他和他的团队饲养着大约 20,000 条鱼。他走进几间没有窗户的实验室之一，这间实验室里大约有 1,400 个鞋盒大小的鱼缸，像图书馆里的书一样堆放在架子上。“它们都饲养着不同的突变体和转基因品系，”莫兰说。

房间角落的工作台面上，有一个小平台在做圆周运动。上面有两个用锡箔纸包裹的物体，大小都差不多像一颗小子弹。“这是一个睡眠剥夺实验，”莫兰解释道。他的话勾勒出一幅画面：微小的斑马鱼在它们小小的塑料管的黑暗中，周围的水在持续、扰乱睡眠的运动中旋转。

莫兰在斑马鱼上的研究有力地表明，非 REM 样和 REM 样状态都是非常古老的现象，它们起源于 5 亿多年前，并在进化过程中一直得以保留。鱼类的 REM 样睡眠甚至可能在其狭小的皮质中引发某种梦境般的体验。

当然，人类对人类睡眠感兴趣是完全可以理解的。但急于求成很少能成功。“对鱼类等非哺乳动物，以及两栖动物、爬行动物和鸟类的研究，可能会比最初预期的为哺乳动物的睡眠和 REM 带来更多启示，”莫兰说。

“如果我能有一个透明的人，易于操作且易于成像，那么也许我会考虑它作为模型物种，”他说。