克莱特曼(Nathaniel Kleitman)是世界公认的第一位系统研究睡眠的专家,被称作“现代睡眠之父”。他是 REM(快速眼动)睡眠的发现者,也因此提出了睡眠的不同阶段相关理论。在功成名就之前,他就对睡眠有非常多与众不同的猜想。例如睡多久最合适、长期不睡会发生什么,以及何时入睡何时醒来的问题。
但想要弄清楚这几个问题,就必须先找到定义“睡眠”的标准。
二十世纪初,脑电波图的诞生为许多神经科学和脑科学的研究者提供了极大的便利。根据脑电波的变化可以让研究者非常容易判断出睡眠和觉醒之间的转换。
并且,那个年代科学家们已经了解了人的体温在一天当中的周期性变化规律。睡眠时体温开始下降,醒来后逐渐升高,这是一个周而复始的过程。 也正是这两个趁手兵器的出现,才让克莱特曼有机会进行他脑洞大开的科学实验。
当时 43 岁的克莱特曼已经以自己的身体为实验材料做过相当多关于睡眠的实验了。他曾经强制剥夺自己的睡眠长达 180 个小时*(约一周),企图将每天 24 小时的作息规律调整为 48 小时。
最终克莱特曼尝试了一周“白天 39 小时+晚上 9 小时”的生活,但实验并没有成功。
*注:目前睡眠剥夺的世界纪录长达 40天 ,即 968 个小时。
类似的,他的学生也曾尝试将每天缩短成 12 小时,24 小时里睡两次。这位学生顽强地坚持了 33 天,但仍旧没能很好地适应这样的作息。 也许这两个失败的实验都太过激进,又或者实验环境受到了不确定因素的干扰。克莱特曼又开始规划一个更加严谨可行的实验。
实验的主要内容,就是让3位男性坚持90个小时不睡觉,期间会进行一些检测,比如体温、脉搏、体重、视力等基础的生理指标,以及对刺激的反应、疲劳程度、认知能力等等。至于为什么是90小时?他们的论文里没有给出答案,很多人猜测是受到了不久前玛丽娅·曼纳塞纳研究的启发。
实验最早从1895年11月开始,第一位“小白鼠”就是吉尔伯特本人。实验中配备了两名观察员,主要目的就是祸害不让他睡着,顺便定时进行检测。每隔6小时进行一次检测,不过一次检测就耗时2个小时,占据了三分之一的时间,观察员可谓巧妙地把检测和一部分祸害工作合二为一了。为了结果更准确,相同的检测在还未熬夜的几天前就开始了。
哈佛大学(Harvard)睡眠科学家J艾伦霍布森(JAllanHobson)博士曾开玩笑说:“睡眠唯一已知的功能,就是治疗困倦。”这并不完全正确,但是我们为什么要花三分之一的时间睡觉,以及在这段时间里我们大脑里发生了什么,这些问题还远没有解决。
一个很大的谜团是为什么睡眠作为一种进化策略出现。它必须提供强大的利益,以平衡重大的风险,例如,睡觉的时候被吃掉或错过了捕猎食物。研究显示,睡眠并不是一种奢侈品,而是对身心健康都至关重要。但是睡眠的复杂多样的功能才刚刚开始被发现。
当我们睡觉时,我们的大脑发生了什么?
大脑不仅会关闭,还会产生两种主要的睡眠:慢波睡眠(SWS,深度睡眠)和快速眼动(REM,做梦)。
我们大约80%的睡眠是SWS类型的,其特征是慢波、放松的肌肉和缓慢的深呼吸。有强有力的证据表明,深度睡眠对巩固记忆很重要,最近的经历会转化为长期记忆。然而,这并不是不加区别地发生的——从前一天不太相关的经历中清除出来似乎也发生了。去年发表的一项研究显示,神经元之间的连接,即突触,在睡眠期间会收缩,导致最弱的连接被删除,那些经历被遗忘。
梦占我们睡眠时间的20%,梦的时长从几秒钟到接近一小时不等。随着夜晚的推移,梦往往会持续更长时间,而且大多数梦会很快或立即被遗忘。在快速眼动睡眠期间,大脑高度活跃,而身体的肌肉处于瘫痪状态,心率加快,呼吸变得不稳定。做梦也被认为在学习和记忆中扮演着一定的角色——在经历了新的经历之后,我们往往会做更多的梦。但这似乎也不是至关重要的:医生发现,一名33岁的男子由于脑干的弹片损伤而很少或根本没有快速眼动睡眠,他的记忆也没有明显问题。
人们常说8小时,但最佳睡眠时间因人而异,也因地而异。美国国家睡眠基金会(USNationalSleepFoundation)在一份全面综述中得出结论,成年人的理想睡眠时间为7至9小时,青少年为8至10小时。年幼的孩子需要更多的睡眠,新生儿每天需要17个小时(并不总是与父母的睡眠周期一致)。
然而,专家们并没有考虑睡眠质量,也没有考虑SWS和REM睡眠的多少。一些人可能因为睡得好而睡得少,但如果睡眠不足7小时,就会对健康产生负面影响,这一点是有说服力的。根据专家的说法,睡眠过多也是不好的,但似乎很少有人受到这个问题的困扰。
20世纪30年代,美国科学家纳瑟尼尔·克莱特曼(NathanielKleitman,现代睡眠研究之父)在肯塔基州的猛犸洞穴度过了32天。目的是研究人体生物钟。他生活在完全孤立的环境中,没有任何外部因素的影响,他用28小时作为一天(睡9小时,工作10个小时,再休息9个小时,以此循环)。尽管严格按照用餐时间和就寝时间来安排,克莱特曼还是无法适应,只有当他指定的“白天”恰好与外面世界的白天大致重合时,他才会继续感到清醒。
我们过去睡得更香吗?
睡眠不足通常被视为现代社会的一个问题,是久坐不动的生活方式的弊端,也是人们深夜离不开智能手机的原因。然而,对现代狩猎采集者睡眠模式的研究表明,这可能描绘了一种对过去过于浪漫的看法。坦桑尼亚北部哈扎人的一项研究发现,不同的人夜间醒来的频率和睡眠时间相差很大。在三周的时间里,33个部落成员只有18分钟同时睡着。这项工作背后的科学家得出结论,断断续续的睡眠可能是一种古老的生存机制,旨在防止夜间活动的威胁。
主要的区别似乎在于,部落成员对睡眠问题没有偏执和焦虑,而睡眠问题是西方国家普遍关注的问题。
在极端情况下,睡眠不足可能是致命的。被完全剥夺睡眠的老鼠会在两到三周内死亡。这个实验显然没有在人类身上重复过,但是即使是一两天的睡眠不足,也会导致健康的人出现幻觉和身体症状。在一个糟糕的睡眠之后,认知能力会立即受到影响。注意力和记忆力明显受到影响,人们更容易冲动,更喜欢即时满足而不是等待更好的结果。当我们累了的时候,我们也是更糟糕的人——一项研究发现睡眠不足的人更容易欺骗和撒谎。
那么身体健康呢?
累积的睡眠不足会对健康产生长期影响,并与肥胖、糖尿病、心脏病和痴呆有关。去年,一项对28项现有研究的回顾发现,长期上夜班的员工比轮班的员工患肥胖症或超重的可能性高29%。基于200多万人的研究发现,上夜班会使心脏病或中风的风险增加41%。
其中一些关联的原因很复杂,很难与其他生活方式因素分开。上述研究试图过滤掉社会经济因素,例如,压力和社会隔离等因素可能更难捕捉。尽管如此,有越来越多的证据表明这是一种直接的生物影响。睡眠不足已经被证明会改变人体的基本新陈代谢以及脂肪和肌肉之间的平衡。
长期以来,失眠一直被认为是痴呆症的一种常见症状,但一些科学家也认为,睡眠不足可能是导致阿尔茨海默氏症的一个原因。研究表明,大脑在睡眠中会“清除”与阿尔茨海默氏症有关的-淀粉样蛋白,而睡眠不足会导致这些毒素水平上升。
所有的动物都睡觉吗?
答案部分取决于什么是睡眠。大多数科学家似乎认同以下定义:(a)不能动;(b)与醒着时相比,反应明显减弱。基于这些标准,有一些失眠物种的候选,但没有一个被最终证明是真的。牛蛙是早期的发现——1967年的一项研究发现,当在白天和午夜受到电击时,牛蛙的反应类似。但此后,人们对这一发现产生了怀疑。有些动物几乎不需要睡眠:成年长颈鹿很少一次睡眠超过5分钟,而小黑蝙蝠被认为每天要睡19个小时。睡眠对所有的动物都是不一样的。海豚只有一半的大脑同时处于睡眠状态,这被称为单半球睡眠。人们认为候鸟睡觉时在飞,鲨鱼睡觉时在游。