睡眠的奥秘：大脑是“关机”了，还是切换了工作模式？
当睡神许普诺斯降临时，人就会昏昏欲睡。撰文 | 徐敏（中科院神经科学研究所研究员）
夜阑更深后，我们昏昏欲睡，逐渐进入梦乡；曙光初照时，我们精神抖擞，开启新一天的生活。
从古至今，人们都试图揭开睡眠的奥秘，试图了解合上双眼后的身体究竟发生了什么。
古希腊人对睡眠现象给出了一个浪漫的解释——每当黑夜女神倪克斯（Nyx）拉下夜幕时，其子睡神许普诺斯（Hypnos）就会吩咐侍者从冥界到大地上诱使人类入睡，而3000个性格各异的梦神俄尼里伊（Onirii）们则会化身为不同的梦境造访凡人。我们中国人也借周公姬旦之名整理了一部《周公解梦》流传至今，书中列举种种梦境，并据此预测吉凶。
然而，这些古代民间故事仅止步于对睡眠现象的记录与臆想，其中对睡眠机制的解释缺乏客观依据，且难以被重复验证。
直到19世纪，睡眠研究才开始步入科学的正轨。1845年，英国医生约翰·戴维（John Davy）开始研究睡眠与体温的关系；其后，罗马尼亚神经学家冯·埃科诺莫（Von Economo）推测下丘脑是负责调控睡眠-觉醒的重要脑区；1924年，德国精神科医生汉斯·伯格（Hans Berger）首次在头皮上记录到脑电活动（EEG），极大地促进了睡眠科学的发展。
近几十年来，睡眠探索又取得了不少科学发现，但仍未能揭示睡眠的本质。时至今日，睡眠的奥秘依然是一个有趣的谜。
1982年，瑞士科学家Alexander Borbély将睡眠-觉醒调控的主要因素概括为睡眠稳态和生物节律。其中，睡眠稳态是睡眠-觉醒周期最重要的特征，描述了睡眠-觉醒之间的动态平衡。
通俗地讲，睡眠稳态就是随着觉醒时间的延长，我们的睡眠压力（想睡觉的需求）越来越大；而随着睡眠时间的延长，白天积累的睡眠压力逐渐得到释放。目前认为，包括腺苷在内的一些代谢分子和蛋白磷酸化等胞内生化过程介导了觉醒期间睡眠压力的升高。
近年来，得益于研究手段的革新（包括分子遗传学技术、神经细胞分型技术、以钙成像为代表的光学记录技术、大规模电生理记录技术、基于光遗传或化学遗传的时空特异的神经操控技术等），我们实现了对神经活动更精细的观察和操纵，揭示了大脑内不同脑区中特定种类神经元在睡眠-觉醒调控中所起的作用。上行网状激活系统主要负责觉醒调节。
此外，我们还发现大脑在睡眠中并不是“关机”了，而是“切换了工作模式”：在分子层面，许多与细胞修复相关的基因转录和蛋白合成在睡眠中都相对活跃，很可能是在修复一些觉醒期间积累的损伤；在细胞层面，睡眠中突触结构被重塑，部分突触连接被弱化从而删除无用信息，保证次日的学习能力；在环路层面，睡眠中仍有许多脑区处于兴奋的状态，甚至睡眠本身的维持也有赖于睡眠相关环路的正常工作。
不可否认的是，睡眠领域内仍存在着一些悬而未解的经典疑问，睡眠前沿的科研进展也引发了许多新的深层思考。我们为什么需要睡眠？睡眠的主要功能是什么？睡眠-觉醒周期又是如何被调控的？我们为什么会做梦？梦的功能又是什么？目前，我们对这些睡眠科学最基本的问题还没有明确的答案。
在众多未解的睡眠奥秘中，一个重要的问题是睡眠的终极功能是什么？
睡眠是动物界普遍存在的一种行为，低等如水母，高等如人类，只要是活的动物，就有睡眠或者类似睡眠现象的存在。这种演化上的保守性也从侧面反映了睡眠行为的重要性。芝加哥大学的睡眠生物学家Allan Rechtschaffen教授曾经说过：“如果睡眠行为没有至关重要的功能，那它将是生物演化史上最严重的一个错误”。试想一下，如果睡眠行为无益无功，我们岂不是白白浪费了三分之一的人生？
遗憾的是，我们现在仍不清楚睡眠行为的核心作用和目的。
另一方面，睡眠障碍是一类越来越常见的疾病，给社会带来了沉重的负担。据统计，大约有20%的车祸直接或间接地与睡眠障碍相关，在美国每年由此带来的经济损失超过1000亿美元。睡眠障碍包括60余种影响睡眠质量、睡眠节律或睡眠时长的疾病，并可能影响患者白天的工作和生活。
依照现行的《国际睡眠障碍分类》（ICSD-3），睡眠障碍主要分为昼夜节律睡眠-觉醒障碍、失眠、中枢性睡眠增多、睡眠相关呼吸障碍、异态睡眠、睡眠相关运动障碍等。此外，阿尔茨海默症等神经系统相关疾病也可能影响患者原本正常的睡眠。
目前我们对于大多数睡眠障碍并没有特效疗法，一个主要的原因就是我们对我们对大脑调控睡眠-觉醒机制的理解还不够透彻。从这个角度上讲，研究“睡眠-觉醒是如何被调控的”这一问题也具有重要的临床意义和社会价值。
当我们对大脑调控睡眠-觉醒的机制有足够深入的理解之后，我们或许可以对未来的睡眠控制有所期待。一方面，通过对睡眠行为的深入理解，我们可以为临床上大量睡眠相关疾病的治疗提供一些理论基础和参考思路。我们或许能够让失眠患者得到更加安全有效的治疗，让发作性睡病患者在白天能够正常工作生活，甚至有望让创伤后应激障碍（PTSD）的患者自定义梦境以摆脱梦魇困扰。
另一方面，虽然我们不太可能做到完全不用睡觉，但是我们或许可以提高睡眠的效率和质量，缩短每日所需的睡眠时间。此外，我们或许还可以实现更加灵活的睡眠时间管理。例如，出于工作、旅行或其他需要，我们有时会前移或推迟睡眠时间。目前常用的方法包括褪黑素促眠和咖啡因提神等，但效果有时不尽如人意且往往伴有副作用。
当我们对大脑调控睡眠-觉醒的机制有足够深入的理解之后，未来睡眠管理的效率将大幅度提高，我们还可能在条件允许时预存或补充睡眠，相关的副作用也会大大减少。
睡眠绝不只是科学家或医生应该关心的事。人人享有睡眠，也有权利和责任去了解、维护自己的睡眠。目前许多可穿戴设备及手机应用已经可以帮助我们更好地记录睡眠，提示可能存在的睡眠障碍。但如何预防睡眠相关疾病、发现睡眠问题后又如何改善、如何与医生合作治疗等，都需要利用科学的睡眠知识。
据统计，我国有近40%的人曾遭受失眠的困扰。这其中很大一部分人可能不是因为患有顽固的慢性失眠，而是因为缺乏科学睡眠的基本知识，或者缺乏学习科学睡眠知识的途径。尤其值得注意的是，目前关于睡眠的科普信息真伪难辨，鱼龙混杂，缺乏可信的来源。
以上也是我们作为睡眠基础研究工作者积极参与睡眠科普的原因。我们计划普及科学睡眠知识，分享睡眠研究进展。一方面，我们希望能够通过经科研或临床专业人士审核的科普内容，倡导健康的生活方式，帮助大家提高日常睡眠质量。另一方面，也希望通过对领域进展的梳理，让睡眠科研工作者及临床医生对前沿研究有更多的思考，更好地启发后续工作。