當(dāng)我們睡覺時(shí)，大腦在做什么

謝世澤

睡眠可以把各種動(dòng)物的活動(dòng)限制在特定的一段時(shí)間。在這段時(shí)間里，動(dòng)物可以很有效率地尋找食物，并避開其他動(dòng)物的攻擊。但是對(duì)于已經(jīng)沒有了被天敵捕食的擔(dān)憂，可以隨時(shí)隨地躺下呼呼大睡的人類來說，我們睡著的時(shí)候大腦也在休息嗎？做夢(mèng)的時(shí)候大腦有哪些活動(dòng)呢？

原來大腦“不睡覺”

過去，科學(xué)家們普遍認(rèn)為睡眠是一段恒定不變的時(shí)期，只有很少的身體和大腦的活動(dòng)。直到1952年，研究者記錄了睡眠中人的腦電波，才發(fā)現(xiàn)睡眠是由不同的階段組成的。

一個(gè)晚上，你可以多次進(jìn)入一個(gè)被稱為“快速眼動(dòng)睡眠”的狀態(tài)，這個(gè)階段，你的腦電波看起來很像醒著的時(shí)候，但你的身體卻是靜止的，只有眼動(dòng)肌會(huì)動(dòng)。這個(gè)時(shí)候，你會(huì)做一些生動(dòng)而詳細(xì)的夢(mèng)。對(duì)于這個(gè)階段，一個(gè)形象的說法是：一個(gè)癱瘓的軀體里有一個(gè)活躍的大腦。相應(yīng)地，其余的睡眠時(shí)間你則處于一種叫作“非快速眼動(dòng)睡眠”的狀態(tài)。這個(gè)階段一般不會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的夢(mèng)，但你的身體是可以活動(dòng)的。這個(gè)階段可以被描述成：一個(gè)可以活動(dòng)的軀體里有一個(gè)空閑的大腦。

大腦中的“清道夫”

人類在清醒時(shí)，大腦產(chǎn)生的代謝廢物，如果不被及時(shí)清理掉，就會(huì)堆積起來對(duì)大腦造成損傷，那么，這些代謝廢物是怎么通過睡眠被清理掉的呢？

科學(xué)家采用雙光子顯微鏡等新技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)“清道夫”的廬山真面目，原來是神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。在睡眠中，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)控大腦中的組織間隙，增加大概60%的空間。更大的組織間隙就像更大的排水管道，使得大腦中的代謝物可以被高效地清理掉。研究人員發(fā)現(xiàn)，在睡眠狀態(tài)下清除廢物的速度是清醒時(shí)的兩倍，這也證明了睡眠的修復(fù)作用。

夢(mèng)中真的可以“解題”嗎？

俗話說，解決一個(gè)問題最好的方法就是睡一覺。歷史上有很多傳奇故事似乎也證明了這句話。比如著名化學(xué)家凱庫(kù)勒夢(mèng)到一條蛇咬住了自己的尾巴，形成旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀，于是，他想通了苯分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。又比如俄國(guó)科學(xué)家門捷列夫做夢(mèng)時(shí)夢(mèng)到元素紛紛落到了一張表格的合適位置里，于是他制作出了著名的元素周期表。那么，夢(mèng)中真的可以“解題”嗎？

從研究者目前積累的大量資料來看，睡眠確實(shí)有助于學(xué)習(xí)和記憶的鞏固。學(xué)習(xí)過程中，大腦可以形成很多新的突觸（突觸是神經(jīng)元之間在功能上發(fā)生聯(lián)系的部位，也是信息傳遞的關(guān)鍵部位），但是太多的突觸會(huì)占用大腦大量的空間，我們并不能無限地往腦里塞東西。

研究發(fā)現(xiàn)，在睡眠中，一部分連接強(qiáng)度弱的突觸會(huì)被選擇性地消除，同時(shí)一小部分比較重要的突觸可以通過巧妙的辦法加強(qiáng)和保存下來。

這些發(fā)現(xiàn)從很基礎(chǔ)的層面解釋了睡眠對(duì)學(xué)習(xí)和記憶鞏固確實(shí)存在一定作用。當(dāng)然，睡眠不是萬(wàn)能的靈藥，白天的努力工作和學(xué)習(xí)也是必需的。

做夢(mèng)時(shí)大腦可能在復(fù)習(xí)？

研究人員做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：他們讓大鼠沿著環(huán)形的軌道單方向反復(fù)跑動(dòng)來獲得食物獎(jiǎng)勵(lì)，然后記錄下大鼠存儲(chǔ)空間記憶的海馬區(qū)里位置細(xì)胞的活動(dòng)。位置細(xì)胞是只對(duì)特定的空間位置響應(yīng)的細(xì)胞，比如一小群對(duì)應(yīng)左上角，一小群對(duì)應(yīng)中央位置。然后研究人員就可以記錄下大鼠在軌道里跑動(dòng)的海馬位置細(xì)胞的激活模式。

有意思的是，當(dāng)大鼠睡著了，進(jìn)入非快速眼動(dòng)睡眠之后，海馬區(qū)相同的位置細(xì)胞激活模式竟然出現(xiàn)了，就像大鼠的大腦正在回放訓(xùn)練中的經(jīng)歷一樣。我們可以合理猜測(cè)，我們?cè)谒咧锌赡軙?huì)重現(xiàn)白天的任務(wù)，這種重現(xiàn)也許可以達(dá)到增強(qiáng)學(xué)習(xí)的效果。

夜已深，就趕緊躺到床上去吧。睡夢(mèng)中，你將會(huì)體驗(yàn)一個(gè)又一個(gè)荒誕、不合邏輯的故事?；蛟S在夢(mèng)里，你可以想象某些超然于你清醒時(shí)對(duì)自然界感知的結(jié)構(gòu)和情境呢。

（選自2021年第8期《知識(shí)就是力量》，本刊有刪改）