睡覺時 你的大腦在忙著看重播？

睡覺時，你的大腦在忙著看重播?

幾乎所有的動物都會睡覺，單從進化論的角度來看，這是不可思議的。因為睡覺絕不只是休息一下，而是徹底失去意識。此時的動物對外界刺激反應遲鈍，很容易被捕食者抓住。這顯然對生存很不利。不過，如果我們換個角度，就會意識到睡眠一定在其他方面有著不可替代的重要作用，所以才會被進化保留下來。

哺乳動物的睡眠可以分為快速眼動(REM)和非快速眼動(NREM)兩個階段，在腦電波圖上可以很容易地區分出來。REM期間眼球會快速轉動，做夢也通常發生在這一階段，所以又被稱為“做夢階段”。NREM期間眼球不轉，睡得也更沉一些，所以又叫做“深度睡眠階段”。

大部分讀者肯定對做夢更感興趣，因為自古以來人們就相信夢有著特殊的意義。弗洛伊德則認為夢是潛意識的體現，代表著被理智壓抑的深層欲望。不過，后續研究發現，夢并沒有那么神秘，它只不過是白天的一些零散想法的隨機展示而已，和潛意識沒有關系。

既然如此，人為什么要做夢呢?與此對應的一個等價問題就是：哺乳動物睡眠的“做夢階段”，究竟有什么用處?

此前關于REM的研究大都集中在腦部血液供應這個問題上。科學家運用功能性核磁共振(f MRI)、正電子發射斷層掃描(PET-CT)、超聲多普勒分析法(Ultrasound Doppler)和近紅外光譜技術(Near-infrared Spectroscopy)等方法研究了這個問題，得出了很多相互矛盾的結論。原因是這些測量方法都是間接的，受到很多其他因素的影響，結果很不可靠。

日本筑波大學的神經生物學家林悠和同事們開發出了一種基于雙光子顯微鏡(Two-photon Microscopy)的測量方法，可以實時觀察到腦部毛細血管內被熒光染色的單個血紅細胞。研究人員用這個方法測量了小鼠在REM和NREM睡眠期間的腦部血液流動速率，再和清醒狀態時的數值做對比，發現清醒和NREM時的血流速度幾乎沒有差別，而REM階段的血液流動速度遠較前兩者更高，平均速度提高了2～3倍。

更有意思的是，研究人員故意在小鼠進入“做夢階段”時叫醒它們，然后讓它們接著睡，結果發現這些美夢被打斷的小鼠的血液流動速度會出現補償性的增加，說明這個REM階段的血液流動屬于“剛需”，一點折扣都不能打，虧多少就得補多少。

這是人類首次直接觀察到睡眠期間哺乳動物腦部的血液流動情況，實驗結果很有說服力，相關論文發表在2021年8月17日出版的《細胞報道》(Cell Reports)期刊上。

論文作者指出，腦神經活動會產生大量代謝廢物，白天可能來不及運走，只能等到晚上睡覺時再清理。REM階段血液流速大幅加快，說明這一清理工作很可能就是在做夢時完成的。換句話說，我們的夢，很可能只是大腦清潔工在工作時的一個副產品。

研究人員又用一種經過遺傳改造的小鼠重復了上述實驗，發現它們在REM階段的血液流動速度并不會增加太多，打斷美夢之后的補償性增速也沒有出現。這種小鼠和普通小鼠唯一的區別就是其腺苷酸受體(Adenosine A2a Receptors)基因被去除了，導致它們體內沒有這種受體，這個結果說明腺苷酸受體很可能參與了大腦血液流速的調控。

這個發現很有意義，因為它提供了一個新的藥物靶點，可以幫助制藥廠研發出一種能夠提高大腦血液流速的新藥。目前已知大腦血液流速的降低及做夢時長的減少，會增加患阿爾茨海默病的風險，因為這種病的病因很可能與腦組織代謝廢物的過度堆積有關。如果能想辦法讓我們多做夢，也許能起到預防阿爾茨海默病的效果。

說完REM，我們再來說說NREM。別看這一階段被稱為“深度睡眠”，但其實我們的大腦仍然非?；钴S。在f MRI技術的幫助下，科學家發現在NREM期間大腦會把白天接收到的各種信息重新過一遍，其中重要的信息會被強化，進入記憶的范疇，其余不重要的信息則會被忘掉，以便騰出空間，迎接新的一天。

瑞士日內瓦大學的神經生物學家弗吉尼亞·斯特彭尼奇(Virginie Sterpenich)想知道，什么樣的信息會被記住，什么樣的信息會被忘掉，于是她和同事們設計了一個精巧的實驗。

科學家們招募了18名年輕志愿者，他們在睡覺前先被要求玩兩個電腦游戲，其中一個游戲是“看臉猜人”，考驗的是志愿者的面部識別能力;另一個游戲是“三維迷宮”，測試的是志愿者的空間感知能力。之所以選擇這兩個游戲，是因為它們涉及兩種完全不同的能力。玩家的大腦活躍區非常不一樣，很容易在f MRI設備上被區分出來。

科學家們還在游戲后臺做了點小手腳，讓玩家永遠贏不了。受試者被隨機分成兩組，一組是第一個游戲贏不了，第二個游戲可以贏;另一組是第二個游戲贏不了，第一個游戲可以贏。之后，志愿者們被要求躺在核磁共振儀里睡覺，科學家們則通過腦電圖(EEG)來判斷他們進入了哪種睡眠階段。

研究結果顯示，當志愿者們進入NREM階段時，其腦組織會重復出現睡前玩游戲時的活躍模式，這說明處于深度睡眠中的大腦并沒有閑著，而是一直在回味剛才玩的游戲。不同的是，負責處理白天接收到的信息的海馬區，此時會把和游戲相關的信息傳遞給大腦皮質，由后者負責儲存起來，成為長期記憶的一部分。

如果用電腦來比喻的話，海馬區相當于隨機存取存儲器，而大腦皮質相當于硬盤，前者只是暫時儲存一下信息，電腦關了就沒了。只有把信息儲存到后者那里，才會永久保留下來。這個任務正是在NREM階段完成的。

科學家們還發現，志愿者在深度睡眠時回味的大都是他贏的那個游戲，這個結果并不出人意料，而是完全符合進化論的預期的。按照這個理論，凡是能夠提高個體生存率的行為都會被保護下來，大腦依靠一套獎懲機制來實現這一目標。比如覓食、避險或者繁殖等行為都是好的，都屬于應該被獎賞的行為，所以動物在做這些事時會感到非常愉悅，而這種愉悅感可以幫助動物形成長期記憶，以便下次再遇到類似情況時能夠繼續這么做。

斯特彭尼奇將研究結果寫成論文，發表在2021年7月6日出版的《自然通訊》(Nature Communications)期刊上。文章還指出，志愿者們確實對贏的那個游戲記憶更深刻，說明fMRI的測量結果是對的。那天晚上，他們的大腦光顧著整理美好的回憶，其他不愉快的經歷都被忘記了。