我们为什么要睡觉？困扰科学家几十年的谜团，终于有了答案
包括人类在内的许多生物，为什么每天都要花费近三分之一的时间睡觉？长期睡眠不足，为什么会导致人类和其他动物出现严重的健康问题?
为什么婴儿的睡眠时间要比成年人长？为什么年纪越大睡眠越少？
这些困扰科学家几十年的谜团，如今，终于有了答案。
近日，一个由美国加州大学洛杉矶分校领导的科学家团队，报告了睡眠对我们健康至关重要的原因，以及大脑在睡眠中是如何进行损伤修复的。
研究人员发现，在生命的早期（如婴儿时期），睡眠有助于大脑的发育，但随后，睡眠就扮演了一个全新的角色，即帮助大脑清理垃圾、修复损伤。
具体而言，在2.5岁之前，大脑发育非常迅速。尤其是在熟睡时，年轻的大脑正忙于建立和加强神经元彼此之间的连接。
然而，在两岁半之后，睡眠的主要目的，从大脑的构建转变为大脑的维护和修复，这也是它在我们今后人生中都将扮演的角色。
这也是首次证明，睡眠作用的戏剧性变化，发生在大约2岁半的时候。相关成果于9月18日发表在著名学术期刊《科学进展》杂志上。
加州大学洛杉矶分校的生物学和生理学教授Gina Poe从事睡眠研究已有30多年，也是这项研究的资深作者，她说:“在熟睡的时候，不要叫醒婴儿——因为在他们睡觉的时候，他们的大脑正在做十分重要的工作。”
解开睡眠的奥秘
睡眠时间大致可以分为REM(快速眼动睡眠)和NREM(非快速眼动睡眠)。通俗地说，快速眼动睡眠通常被称为“深度睡眠”，但是，有关深度睡眠的作用，仍然是一个不确定的问题。
为了解答有关睡眠长久以来的疑问，包括神经科学、生物学、数学和统计学方面有专长的科学家团队，利用60多项涉及人类和其他哺乳动物的睡眠研究数据，对睡眠进行了迄今为止最全面的研究分析。
他们分析了整个生命发育过程中的睡眠数据——包括总睡眠时间、快速眼动睡眠时间、大脑大小和身体大小——并建立了一个数学模型来解释睡眠是如何随着大脑和身体大小变化的。
新的模型将大脑简化为一系列简单的方程式，这些方程式捕捉大脑如何使用能量来处理信息(然后必须对信息进行重组)。然后，研究人员输入了从睡眠时间、代谢率和大脑大小的各种研究数据，这些研究对象还包括从婴儿到青少年的数十名参与者。
通过确定快速眼动和非快速眼动在总睡眠时间中的比例，以及大脑大小等其他因素，研究人员能够使用这个模型来预测它们各自的目的。
研究人员发现，所有的动物在清醒的时候，都会自然地经历一定程度的神经损伤，由此产生的碎片，包括神经元内受损的基因和蛋白质，会累积并导致大脑疾病。
而睡眠有助于修复这种损伤、清理垃圾——本质上也就是在清理大脑，清理掉那些可能导致严重疾病的垃圾。
此外，研究人员还发现，在大脑发育过程中，快速眼动睡眠会随着大脑体积的增大而减少。新生儿50%的睡眠时间是快速眼动睡眠，10岁时降至25%，并随着年龄的增长继续下降。
尤其是在2.5岁左右的时候，研究人员观察到一个突然的变化，即大部分睡眠时间从快速眼动期转变为非快速眼动期，也就是从熟睡阶段，转化到非熟睡阶段。
换句话说，成年人睡眠较少的部分原因是，他们不再需要形成那么多新的神经连接。
而且，这一现象在几乎所有动物中都存在，当所有物种达到相当于人类大约2岁半的发育年龄时，它们快速眼动睡眠的时间都急剧下降。无论研究对象是兔子、老鼠、猪还是人类，在这一点之前和之后的快速眼动睡眠时间比例大致相同。
保证足够睡眠，至关重要
“睡眠和食物一样重要，”Poe说，“不可思议的是，睡眠与我们神经系统的需求是如此匹配。当我们睡觉时，我们的大脑并没有休息。”
Poe补充说，长期睡眠不足可能会导致长期的健康问题，如痴呆和其他认知障碍、糖尿病和肥胖等。所以当你开始感到累的时候，不要和它作斗争——一定要去睡觉。
对于大多数成年人来说，每晚有规律地睡七个半小时是正常的，当然躺着玩手机的时间不算在内。在一整夜的睡眠中，成年人有五个快速眼动周期，每个周期则可以做几个梦。所以，熟睡的时候多做几个舒服的美梦，你的大脑也会感谢你。
加州大学洛杉矶分校的生态、进化生物学和计算医学教授、资深作者Van Savage和他的同事们认为，几乎所有的大脑修复都是在睡眠中进行的。
Savage说:“上大学的时候，我拼命熬夜，开夜车，现在觉得这是个错误。如果能睡个好觉，我就会过得更好。现在当我感到累的时候，我一点也不觉得睡觉有什么罪恶感了。”
理论物理学家杰弗里·韦斯特(Geoffrey West)则表示，通过观察睡眠以及睡眠是如何变化的，你可以洞察到大脑发育的一些真正基础。大脑在睡眠时进行重组和修复，就好比夜间为避免扰乱正常交通而进行的道路维修。
更重要的是，Poe表示，晚上睡个好觉，是这个世界上最好的良药，而且它是免费的。
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在现代社会中，年轻人除了最缺钱，还最缺什么呢？当然是最缺少睡眠了，现代生活节奏快，工作压力也是很大，因此很多年轻人为了拥有自己的空间。经常熬夜早起，但是所有人都知道，一旦发生睡眠的不足，会造成很多糟糕的后果，那么最直接的感受就是困到不能自拔。不论是上课或者是开会，甚至有的人在开车时都会睡着。
晚上不睡白天崩溃，这是一个普遍的事实。最近十分有名的学术期刊杂志science刊登了一篇关于睡眠的最新研究的文献，而这篇文献则是来自中科院的专家和北京大学知名的脑科研究组,以及中科院的科学与智能技术卓越创新中心。他们合作揭示了人类困意究竟是在大脑内如何产生的。
首先专家们提前在小白鼠的大脑中寻找到了神经元。这些神经元能够调控困意，当专家们人为干预去减少这些神经元，果真使得小白鼠每天需要的睡眠时间大大的减少——这相当于人类每天可以少睡三个小时，而且还不会犯困。
研究人员在此指出，睡眠行为的核心特征就是睡眠稳态调控也就意味着随着清醒时间的延长，困意是逐渐增加的，困意累积后，最终导致睡眠，而睡眠则是困意被逐渐消解的过程。这其中，困意其实是有一种叫腺苷的分子不断积累有关。腺苷是一种细胞能量分子的副产物，那简单来说，如果一个人清醒的越久，细胞外的腺苷分子也就越多，越多的时候他们与相应的受体就会相结合，从而抑制了神经活动，因此人就会越来越犯困。
但是不得不问，大脑究竟是如何调控腺苷分子的释放和积累的？过去是因为科学技术的制约，人们了解的不是很多，而在这项研究当中，一位教授开发出了一种新型的腺苷探针。这个探针能够通过荧光的强度变化来了解腺苷浓度的变化，根据杂志上的介绍，传统的办法只有10分钟才能检测出腺苷的浓度，但是这个新的办法却能够在1/10秒内看到新的变化。
于是几个组的科学家们就利用了这种手段，在小白鼠的基底前脑区，也就是调控睡眠和觉醒的关键大脑组织区域，观察了细胞外腺苷浓度的变化，结果观察到果然和他们所想的一致，这些现象都在告知着人类神经元的活动与腺苷的浓度变化息息相关。
于是科学家团队的另外一些成员则进一步利用钙成像和光遗传学等技术，在这片区域找到了负责调控腺苷释放的两类神经元——乙酰胆碱能神经元和谷氨酸能神经元。除此之外还有重大的突破，谷氨酸能神经元的活动是引起细胞外腺苷积累的主要因素。
因此在场的各位专家们都提出提问，假设谷氨酸的神经元不起作用或者是少起一些作用，可以判定的是，腺苷的积累就会逐步减少，在这种程度上是否可以减少困意呢？为了检验他们的这种猜测，研究人员又开始人为手动摧毁小鼠基底前脑区的谷氨酸能神经元，他们发现小白鼠清醒的时间果然显著增加了，相比对照组这些小白鼠在一整天内少睡的时间可以高达20%，整个晚上他们几乎从不犯困。
科学家们指出，在长时间清醒而积累的困意中，大脑基底前脑缺谷氨酸能神经元果然是出演了这样的角色，因为这些神经元一方面维持和促进了人类的觉醒状态，同时又通过刺激腺苷释放导致了困意的增加。
虽然在目前研究人员们只能采用有创伤性的办法来干预调控睡眠，但不得不说这组神经元提供了一个潜在的靶点，在后来或许可以用于治疗睡眠相关的问题，也许在不久之后，科学家们基于此能开发出一种新型的药物，能够让我们更加灵活的去调节自己的睡眠时间，并且避免了很大程度上犯困所造成的危险。