作者：黄媂
对于熬夜晚睡的人来说，一个星期总有那么六、七天不想起床。动物和人类一样是需要睡眠的，那么你有没有想过这个问题——我们为什么需要睡觉？
这个问题难倒了不少神经科学家，科学家经过一代又一代的接替式闯关，神经科学家已经认识到当我们进入睡眠状态时，大脑神经元会回放或者说是重播白天所经历的事或所见之物，起到了记忆巩固的作用，这样一来就将将会记忆长时间存储在我们的神经回路之中。
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举例说明：
当小鼠在复杂的迷宫中找到唯一的出口时，此时它的神经元会产生一种很明确的放电模式，当小鼠入眠之后，科学家探测到放电模式在小鼠的大脑神经元中重播。
图源：网络｜图解：小鼠大脑细胞与结构图谱
小鼠的放电模式是大脑神经元将短期记忆转存为长期记忆的一种模式，因此科学家猜测人体的大脑也有这个模式，然而科学家却一直没有找到直接的证据来证明，主要是以下两个原因：
技术不足：也就是没有专门研究此项目的技术和仪器；
研究对象：从伦理的角度来看，用正常人来作为研究对象是有违伦理的，因为要在正常人的大脑中植入电极；
随着科技水平的进步现在有了——脑机接口技术。这种技术可以让科学家获得人类睡眠时脑皮层放电的信号，这就让我们有机会更近一步了解到记忆的真相，与内容相关的论文发表于2022年6月的《神经科学杂志》。
图源：网络｜图解：小鼠睡眠时脑皮层放电的信号
记忆的真相
之前科学家无法证明人体大脑神经元拥有放电模式，因为没有技术和研究对象，但是脑机接口技术问世后，科学家一下子就有了底气，于是悉尼·卡什团队就此展开了研究。
研究的对象是一名四肢瘫痪了11年的成年男子，刚开始时团队只是想对这名男子进行脑机接口的研究，目的就是想完善这台脑机接口设备，同时也想让他有更好的控制四肢的能力。这套设备是植入式的，并且需要长时间植入在大脑皮层中，因此这位瘫痪患者也成了理想的研究睡眠的对象。
这套设备是专门为研究睡眠而开发的，2个96通道微电极阵列长时间植入在研究对象的左中央前回，这个区域是人脑额叶后部的初级运动皮层。
这套设备可以让研究对象通过意念控制屏幕上的光标，从而让研究对象参与简单的西蒙游戏：“玩家”只需要点击亮起的彩色发光按钮即可，游戏的目的就是为了测试人的短期记忆和反应速度。
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由于有脑机接口的协助，当研究对象看到彩灯亮起的时候，植入在运动皮层的传感器就会感受到研究对象移动手指意愿神经元的放电信号，放电信号将通过无线传输到计算机上，于是研究对象就可以通过意念来控制光标点击按钮。
在每个星期两次，每次几个小时的测试后，团队通过分析研究对象在睡眠中神经元的放电信号后发现：
在睡眠时候他的神经元放电模式与他最后一次游戏时大脑中的放电模式完全一样；
当他进入浅度睡眠期时，发生放电模式回放的机率很小；
当他进入深度睡眠期时，发生放电模式回放的次数是最多的，回放的速度是不睡眠时初始神经元信号的1~4倍；
这就说明了在做梦的时候是不会产生放电模式，但是在不做梦的情况下回放的速度是加速的。
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关于睡眠的谜题
人类为什么要有睡眠？
从生物本能的角度来看，睡眠极有可能是反进化的，虽然人类、动物在做梦时对外界的警觉和自卫的能力会大大降低，甚至有可能会威胁到生命，但是我们人类和动物必须要睡眠，或者对生命来说这是生存必备的功能。
起初，科学家认为睡眠的目的是为了让身体节省能量、修复细胞组织、调控体温、增加新陈代谢和增强人体免疫力等等。不过科学家很快就意识到：在不睡眠的时候这些功能正常发挥。所以以上的那些都不能视为是睡眠的目的，于是科学家就改变了研究方向，并将矛头指向了大脑:
消除自由基对大脑的伤害；
补充大脑运行所消耗的能量；
修复大脑损伤的DNA；
目前科学家通过研究发现假如大脑当中存在过多损伤的DNA会严重影响到我们的大脑健康，睡眠其中之一的好处就是可以唤醒DNA修复系统。
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睡眠时，其他琐碎的事情基本上都不用做了，这时候大脑不需要处理外界的信息，这时就不用存储外界的信息，所以巩固记忆最好的窗口期是在睡眠中。
另外，睡前学习比清醒时学习的内容会有更强的记忆效果。如果24个小时不睡眠，记忆力会降低，所以没有必要的话就不要熬夜，充足的睡眠时间才是储存记忆最好的方法。
在科学知识受限的年代，认为睡眠时隔断了新的干扰信号进入大脑借此来增强记忆，显而易见这是被动的记忆模式；如今科学家才意识到记忆是在睡眠中得到了针对性的系统化处理。
早在1971年大卫·马尔就已经提出了睡眠与记忆有关的假说。该假设明确阐明了：人在清醒的时情下大脑将记忆编码；睡眠时大脑则将记忆巩固，将短期记忆转化为长期记忆。
一开始记忆被编码到海马体，这个区域是快速储存记忆的存储区，在这里完成存储之后再将记忆逐渐转送到新皮质，这个区域是慢速储存记忆的储存区。
海马体虽然能够有效地快速存储内容，但是却不可以持续太长的时间，因为很容易受到新编码信息输入的干扰，只有通过睡眠的方式来将内容重新激活然后重播回放，经过重播回放之后的内容才可以将信息编码转化为长期的记忆信息。
图源：网络｜图解 ：大脑皮质神经元投射
睡觉与梦境
人类睡眠的核心阶段有两个，分别是：非快速眼动睡眠期和快速眼动睡眠期，我们进入睡眠之后这两个睡眠期会交替循环出现。
在整个睡眠周期中，当非快速眼动睡眠期占据了早期的主导地位之后，持续时间和强度会渐渐被快速眼动睡眠期削弱，这是在为完全进入快速眼动睡眠期作准备，因为快速眼动睡眠期占据后期的主导地位。
记忆回放集中在快速眼动睡眠期，这个睡眠阶段与做梦有着紧密的关系，比如小鼠在接受了简单的辨认方向学习后，小鼠睡眠的快速眼动睡眠期次数会增加，在食物和睡眠充足的舒适环境中快速眼动睡眠期同样也会频繁出现。
图源：网络｜图解：睡眠阶段
也有不少人对快速眼动睡眠期有助于记忆存储的观点提出质疑，因为有两个证据是不支持这个观点的：
1.物种之间持续快速眼动睡眠期的时间相差很大；
案例：雪貂每天的快速眼动睡眠期持续时间为6个小时，而我们人类每天持续的时间只有2小时。
2.睡眠时完全没有出现快速眼动睡眠期的时候，也不会影响记忆的存储。
图源：网络｜图解：睡眠阶段关系图
黄媂结语·非快速眼动睡眠期对记忆巩固的重要性
假如某一天你走在大街上，突然迎面吹来一股烤肉的气味，很快你就辨认出了这是烤牛肉的气味，并且上一次吃烤牛肉的时间、地点和在场人物全部涌现于你的脑海中。
这是由气味引起记忆的例子，显然气味会激发记忆的重现。这是因为在非快速眼动睡眠期间负责短期记忆的海马体被重新激活，从而重新触发了与气味相关内容的记忆。
除了气味之外，还有声音、事或者物都会激活记忆。
在睡眠期间由气味诱导重新激活神经元重播回放于是就产生了更多创造性的想法，这就是我们为什么会在睡前将遇到的困难问题对策想出来的原因，神经元重播回放不仅只会梦境中发生，即使是在清醒的时候也同样会发生。
关于睡眠的谜题还有许多未得到精确的结论，这方面的知识也非常欠缺，期待科学家以后的研究成果，如今的颅内脑电记录是优先考虑的研究手段。
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作者简介：
黄媂，来自广东·阳江，创作太空生物学领域内相关的天文学，物理学，化学，地质学以及生物学的科普知识，用通俗易懂的语言为你分享不一样的认知。
编辑：黄姤
排版：余生
