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(jìn)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(yīng)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(jìn)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(qū)分出來。REM期間眼球會快速轉(zhuǎn)動，做夢也通常發(fā)生在這一階段，所以又被稱為“做夢階段”。NREM期間眼球不轉(zhuǎn)，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(rèn)為夢是潛意識的體現(xiàn)，代表著被理智壓抑的深層欲望。不過，后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，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(jī)展示而已，和潛意識沒有關(guān)系。

既然如此，人為什么要做夢呢?與此對應(yīng)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(guān)于REM的研究大都集中在腦部血液供應(yīng)這個問題上?？茖W(xué)家運用功能性核磁共振(f MRI)、正電子發(fā)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(shù)(Near-infrared Spectroscopy)等方法研究了這個問題，得出了很多相互矛盾的結(jié)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(jié)果很不可靠。

日本筑波大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)家林悠和同事們開發(fā)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(xì)血管內(nèi)被熒光染色的單個血紅細(xì)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(tài)時的數(shù)值做對比，發(fā)現(xiàn)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(yuǎn)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(jìn)入“做夢階段”時叫醒它們，然后讓它們接著睡，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些美夢被打斷的小鼠的血液流動速度會出現(xiàn)補(bǔ)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(bǔ)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(jié)果很有說服力，相關(guān)論文發(fā)表在2021年8月17日出版的《細(xì)胞報道》(Cell Reports)期刊上。

論文作者指出，腦神經(jīng)活動會產(chǎn)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(chǎn)品。

研究人員又用一種經(jīng)過遺傳改造的小鼠重復(fù)了上述實驗，發(fā)現(xiàn)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(bǔ)償性增速也沒有出現(xiàn)。這種小鼠和普通小鼠唯一的區(qū)別就是其腺苷酸受體(Adenosine A2a Receptors)基因被去除了，導(dǎo)致它們體內(nèi)沒有這種受體，這個結(jié)果說明腺苷酸受體很可能參與了大腦血液流速的調(diào)控。

這個發(fā)現(xiàn)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(fā)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(fēng)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(guān)。如果能想辦法讓我們多做夢，也許能起到預(yù)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(shù)的幫助下，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)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(qiáng)化，進(jìn)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(nèi)瓦大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)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(shè)計了一個精巧的實驗。

科學(xué)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(qū)非常不一樣，很容易在f MRI設(shè)備上被區(qū)分出來。

科學(xué)家們還在游戲后臺做了點小手腳，讓玩家永遠(yuǎn)贏不了。受試者被隨機(jī)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(xué)家們則通過腦電圖(EEG)來判斷他們進(jìn)入了哪種睡眠階段。

研究結(jié)果顯示，當(dāng)志愿者們進(jìn)入NREM階段時，其腦組織會重復(fù)出現(xiàn)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(fù)責(zé)處理白天接收到的信息的海馬區(qū)，此時會把和游戲相關(guān)的信息傳遞給大腦皮質(zhì)，由后者負(fù)責(zé)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(qū)相當(dāng)于隨機(jī)存取存儲器，而大腦皮質(zhì)相當(dāng)于硬盤，前者只是暫時儲存一下信息，電腦關(guān)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(wù)正是在NREM階段完成的。

科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，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(jié)果并不出人意料，而是完全符合進(jìn)化論的預(yù)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(hù)下來，大腦依靠一套獎懲機(jī)制來實現(xiàn)這一目標(biāo)。比如覓食、避險或者繁殖等行為都是好的，都屬于應(yīng)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(xù)這么做。

斯特彭尼奇將研究結(jié)果寫成論文，發(fā)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(jié)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(jīng)歷都被忘記了。