认识大脑之二：睡眠与大脑

睡觉，本来是一件非常自然的事，如呼吸空气一样自然，是一件放松又快乐的事情。但现实中，我们很多人都有过失眠的经历？有人说失眠，人生路上不可避免的邂逅，因为3亿中国人有睡眠障碍。如何才能睡个好觉呢？成为一个重要的问题。

睡眠中的脑电波

一、睡眠与大脑

1、睡眠中枢。睡眠由睡眠中枢控制。睡眠中枢位于脑干尾端和下丘脑，发出的传导冲动作用于大脑皮质，与控制觉醒状态的脑干网状结构上行系统的作用相制约，从而调节睡眠与觉醒的相互转化。

狭义的睡眠中枢通常位于下丘脑， 下丘脑是间脑的一部分，位置比较深，在大脑深层面。下丘脑的视前区与睡眠密切相关，若此部位出现损害，患者则会出现严重的失眠。下丘脑的后部与清醒有关，损害后患者会出现睡眠过多和清醒时间减少现象。

人们常说的人体生物钟位于下丘脑。 下丘脑是间脑的一部分，位于大脑半球的深部，在中脑及两侧大脑半球之间它是植物神经皮质下的最高中枢。

除下丘脑外，上行性网状激活系统也与觉醒以及睡眠密切相关。此系统主要位于丘脑即背侧丘脑和中脑，此部位病损后，患者会出现过度嗜睡、叫不醒，甚至出现睡眠倒错、黑白颠倒，严重时出现昏迷等现象。所以广义上的睡眠中枢，还包括中脑和丘脑的上行性网状激活系统。网状激活系统中脑部位的“觉醒反应”与网状激活系统丘脑部位有很大不同。前者可激活几乎“全脑”，而后者不过是前者的中转部位。

睡眠周期

2、睡眠周期。睡眠有两种状态，分别是非快速眼动睡眠NREM（慢波）和快速眼动睡眠REM（快波）。①慢波睡眠：NREM阶段，分为I、Ⅱ、Ⅲ、IV 4个时期；②快波睡眠或称异相睡眠或称快速眼球运动，即REM睡眠。睡眠过程，是由这两个性质不同的状态交替出现而组成。正常人在晚上8小时睡眠中，两种睡眠要循环交替3~6次。NREM睡眠分为思睡、浅睡、中睡、深睡4个阶段。

REM睡眠与梦境的出现紧密相关。在REM睡眠期间，人们经常会做梦，这些梦通常非常逼真，有时甚至是荒谬的。梦是人们心理和情感体验的表达。梦其实是人的一种正常表达。

非快速动眼睡眠（NREM阶段）表现出Sharp-wave ripples （海马尖波涟漪）, Cortical slow oscillations （皮层慢波振荡）, δ 波 和Spindles等特征; REM睡眠主要以θ波振荡为主。NREM阶段与梦境有关，相对简单、短暂和现实，通常与我们白天的体验、思考和记忆有关。

NREM阶段包括三个不同的阶段，分别是N1、N2和N3。其中，N1和N2阶段被认为是浅度睡眠阶段。在N1阶段，人们经常处于半睡半醒的状态，意识模糊，呼吸和心率变慢，眼球运动减少。这个阶段通常持续很短，只有几分钟。在N2阶段，呼吸和心率进一步减缓，肌肉放松，大脑波也开始变得更加规律。这个阶段是大多数人睡眠时间最长的阶段，通常持续40分钟到1小时半左右。浅度睡眠通常指的是睡眠过程中的N1和N2阶段。

浅度睡眠—— 大脑极度活跃，甚至超越清醒的时候，这个时候大脑在积极处理短期记忆，尤其是情绪记忆，去掉负面的感受，柔化强烈情绪，帮助保持情绪平衡和身体健康。

深度睡眠。深度睡眠通常发生在睡眠周期的前半部分，它是非常重要的恢复性睡眠阶段，也被称为NREM（Non-Rapid Eye Movement）睡眠中的第三阶段。在深度睡眠阶段，身体和大脑都处于深度放松状态，身体的细胞和组织得以修复和恢复，蛋白质合成和生长激素的分泌也会增加。这个阶段的睡眠通常被认为是最有益于身体的恢复和修复的。深度睡眠—— 大脑在将重要信息放到长期记忆，同时身体在恢复。

3、睡眠中的化学物质和神经化学递质。睡眠是一种主动而不是被动的抑制过程。大量的研究证明慢波睡眠的控制部位是脑干的中缝核，异相睡眠的控制部位是脑桥的蓝斑的中部和尾部，而觉醒的控制部分则与蓝斑的前部及中脑网状结构有关。睡眠和觉醒都属于本能。也是生物钟的一种反映。去甲肾上腺素（NE）与5-羟色胺（5-HT）是维持睡眠和醒觉状态起决定作用的一对介质。当脑内NE含量不变或增高时，降低5-HT的含量可引起失眠；当脑内5-HT含量正常或增高时，降低NE含量则引起嗜睡。血清素是睡眠所必需的，蓝斑是主要分泌组织。

4、生理节律。生物节律的周期接近于地球自转周期的叫“24小时昼夜节律”。睡眠和觉醒的本质首先制约于接近地球自转周期的“24小时昼夜节律”，后者对前者的制约是通过松果体系而作用于脑网状结构等部位。 现代的研究表明，网状激活系统是调控睡眠和觉醒的基本部位。它开始于脑干下部，延伸至中脑，并包括丘脑的内髓板中线和网状核。电刺激网状激活系统的中脑部位（也包括脑桥和延髓上部的网状结构）可顷刻使睡眠动物觉醒。生物钟所处的位置是不尽相同的。包括人类在内的哺乳类动物，其生物钟存在于下丘脑“视交叉上核“神经组织。

视交叉上核：它位于两眼视神经交叉点的上方，这个区域蕴含了大约10,000多个对光感觉特别敏锐的神经元，它们就是你的生物钟，时刻感受着来自神秘宇宙的昼夜节律。

松果体：只有米粒大小的松果体位于脑的第三脑室上部的顶部，位于胼胝体（corpus callosum）和上丘（thalamus）之间，它有一个很重要的功能就是产生一种引导睡眠的激素，称为“褪黑激素”，使你变得昏昏欲睡。药物褪黑激素是一种人工合成的褪黑激素，可以用于治疗多种睡眠障碍，例如失眠、时差反应、夜班工作等。

生物钟。大脑除了影响身体的睡眠量，也控制人们的睡眠时间。身体怎么知道何时该入睡，何时又该醒来呢？大脑的视交叉上核中的细胞具有时钟意识并能监测睡眠和清醒的周期。松果体会产生褪黑素。 当黄昏来临，天开始变黑，身体内褪黑素开始分泌。视交叉上核细胞不仅控制每个人的入睡或清醒的时间，也控制体内许多其他系统的功能。事实上，身体内的大部分系统在24小时中都有不一样的运行模式。随着多种激素分泌，血压、心率也会随之变化。

睡眠脑电

人体的生物钟是由一个名为“蓝斑核”（Suprachiasmatic nucleus, SCN）的区域所控制的。蓝斑核位于下丘脑中，与视神经交叉处上方，因此它可以受到视觉信号的影响，尤其是蓝光信号。蓝光有助于调节人的生物钟，从而促进睡眠。研究表明，当我们暴露在蓝光下时，视网膜中的一种叫做“色素素质体”（melanopsin）的光敏蛋白会被激活，产生信号通过神经传递到蓝斑核中。蓝斑核接收到这些信号后会促进体内褪黑激素的分泌，从而调节人体的生物钟。蓝光的作用和影响是相对复杂的，而且不同人群和不同的睡眠问题可能会有不同的影响。

二、睡眠的功能

1、睡眠清除代谢废物。

大脑内有一个独特的“垃圾处理系统”——该系统的清洁速度甚至比广为人知的身体淋巴系统更快，其被命名为“类淋巴系统”。

它的工作原理是，脑脊液沿着动脉周隙流入脑内组织，与脑内组织间液不停交换，并将细胞间液体的代谢废物带至静脉周隙，随即排除至脑外。这些工作几乎都是在睡眠中完成的。睡眠的基本作用，清除大脑中有毒的代谢产物。人在睡觉时，清除大脑中废物的系统最活跃。

而大脑中产生的这种β淀粉样蛋白（β amyloid protein）能够在细胞内聚集起来，成为致病性斑块，与阿尔兹海默病（Alzheimer’s disease）的发生有关。即长期睡眠不足，睡眠质量低，会导致脑内垃圾堆积，加大患老年痴呆的几率！反之，良好、充足、优质的睡眠可以减少老年性痴呆的发生。

REM与NON REM

2、睡眠与记忆

睡眠对于记忆力巩固起着毋庸置疑的作用。而且近几年来又有一种学说异军突起——“突触稳态说(synaptic homeostasis hypothesis, SHY)”。突触是神经元之间的连接结构，当我们形成新记忆时，相关的突触连接会加强。简单的说，就是我们醒着的时候，由于不断产生新记忆，需要突触连接不断增强，同时能耗不断增加，所以大脑会吃不消，然后记忆存储空间显示余量不足，新记忆就进不来了。而这个问题是在睡眠中得到解决的，大脑通过减弱、平衡那些突触，腾出记忆空间，以实现记忆的可持续发展。慢波对于记忆整合非常重要。

深层非REM睡眠的缓慢电振荡（或“慢波”）可促进记忆整合。慢波，脑脊液的共振，电振荡。利用电刺激来影响脑电波最终治疗脑病的方法，以及通过评估CSF的变化来作为疾病的诊断标志。

慢波睡眠可以帮助我们记忆。所以说睡眠可以帮助大脑在整理和回顾白天学习的知识。慢波睡眠三个成分的振荡耦合最常见于海马区域。海马对于我们形成新的长时记忆非常重要。而当我们处在慢波睡眠时海马会“以尖波涟漪形式重放”在你清醒时记忆东西的模式，并将重新激活的海马记忆信息传递到新皮质，从而促进新皮质网络表征重组的突触巩固过程。睡眠“重塑”了海马突触，为第二天学习腾出空间、多睡午觉的孩子成绩更好。我们可以利用这个慢波睡眠来帮助记忆。因此在睡眠前强化记忆一些东西，可以是最高效的，这时可串联起学习内容与慢波睡眠。

睡眠，就是垃圾清除

三、如何改善睡眠？

睡眠其实很简单，保持简单的心情，保持良好、简单的习惯，自然你就有好睡眠 。请记住以下几个小TIPS。

1、保持6-9小时的适度睡眠；节律很重要；生活规律；（对应睡眠节律，适应脑内的生物钟）

2、放松不要紧张；忘记还没开始写的作业或工作，降低焦虑水平（压力减轻后有助于睡眠激素的平衡，NE与5-HT）；

3、创设安静睡眠环境；熟睡不要惊醒；减少光线干扰；蓝光有助于睡眠；

4、通过冥想、瑜伽、听舒缓的音乐等诱导睡眠（利用音乐的节律来调谐脑波，使其尽快进入NREM）；

5、适当运动也可促眠（运动分泌内啡肽和多巴胺等，这些化学物质可以促进身体的放松和睡眠，调节HPA轴、交感神经系统和脑干-网状结构等脑区）；药物调理（褪黑素）；

6、避免睡前剧烈运动以及咖啡因的摄入；避免过度兴奋（兴奋会改变睡眠激素的平衡）。

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作者介绍：卢旺盛

副主任医师，医学博士

强联智创（北京）科技有限公司 首席医学专家

北京天坛普华医院神经外科 副主任医师