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Friday, December 13, 2013

淺談睡眠

如果您喜歡這篇文章,請至下列網頁按〝like〞,以後就可以較快得知此部落格的新動態。 謝謝!   - January 12, 2017     https://www.facebook.com/gliding.cloud
 
睡眠是人類與許多動物從事最多的活動之一,可是人類對它的瞭解,至今仍然很不完整。不過,比起三、四十年前,已經豐富很多了。


 譬如說,一個很基本的問題是:「是怎樣的生理過程,使睡眠成為許多動物不可或缺的狀態呢?」至今科學界仍然還未找到關鍵性的答案。雖然睡眠已知有不少功用(後面會提到)、和演化上的優點,但是這些功用和優點,都不足以單獨解釋睡眠的完全必要性。最近有些研究,鎖定在腦細胞能源續補的方向上,例如腦細胞的能源使用過程中,一種核心化學物資 adenosine (腺苷)的回收上。他們或許有機會可以找到答案,不過離完成還有一段距離。
 一般日常經驗告訴我們,有兩件事情會產生睡意:一是晝夜的循環,也就是所謂的「Circadian Cycle」(請參考我的另外一篇部落格文章:「生理時鐘」 http://dison-kuo.blogspot.com/2013/12/blog-post_45.html )。更重要的,則是從上一次起床到目前的清醒時間。這個時間越長,睡意越強。至於是大腦的那一個位置、那一個生理活動、或是那一個化學物質的濃度、在主管這個睡意的強弱?它又如何隨著清醒時間的長短來變化呢?科學界仍然在研究當中。
 科學界在研究睡眠上,使用最多的工具是腦波圖(Electroencephalogram 簡稱EEG)。從腦波圖,睡眠可以被分成四種時期:「快速動眼期」(Rapid-eye Movement簡稱REM)、和三個不同的「非快速動眼期」(簡稱non-REM)。典型的睡眠是從「非快速動眼第一期」開始,然後轉變到「非快速動眼第二期」,再轉變到「非快速動眼第三期」,最後轉變到「快速動眼期」,完成一個週期,再從「非快速動眼一期」開始另外一個週期。通常一個晚上會有四到五個週期,每個週期大約90分鐘。

 
那三個「非快速動眼期」被研究人員認為彼此性質類似,主要是深度上的差異。但是「快速動眼期」則屬於很不相同的性質。有趣的是:在比較前面的週期裡,「非快速動眼期」所佔的比例相當高,可是越到後面的週期,「快速動眼期」所佔的比例就越來越高。這個現象,促使科學家懷疑「非快速動眼期」與「快速動眼期」是否有因果關係?至目前研究的結果,顯示出:「清醒」導致對「非快速動眼期睡眠」的需求,而「非快速動眼期睡眠」則會導致對「快速動眼期睡眠」的需求。



 大腦的主要思維區域,是大腦的皮質區,特別是前半部的皮質區。要保持意識的清醒,大腦深部及腦幹這些比較原始基本部份的幾個神經核(包括 basal forebrain, lateral hypothalamus, raphe nuclei, locus coeruleus, 以及 tuberomammillary neurons),必須不斷地傳送刺激訊號至大腦的皮質區。在要進入「非快速動眼期睡眠」時,一個叫做ventrolateral preoptic nucleus的神經核,會送抑制訊號到上述的幾個神經核,把它們逐漸關掉。(同時,另外一個叫做thalamic reticular nucleus的神經核,會去抑制大腦其他部分送資訊到大腦皮質的一些衢道。)到了「非快速動眼期睡眠」的第三期,這些刺激訊號大都被關閉了,而大腦前半部的皮質區也真正進入低活動的「休息」狀態。「休息」了一陣子,大腦會經過「非快速動眼期」的第二期及第一期,或直接就轉變到「快速動眼期」。此時大腦的其他部分,會逐漸恢復對大腦皮質區的刺激與傳訊,但是大腦對外部肌肉的控制通路會被關閉,只剩下少數像對眼部肌肉的控制,此期間「快速動眼」的現象,便是因此而來。

 近年來的研究,發現睡眠在記憶上扮演了一個很重要的角色。這並不是因為「睡眠不足,精神不佳,對資訊的接收不良」而導致的記憶不良,那是另外一回事。重要的是:在清醒時接受到的資訊,會暫時存在 hippocampus amygdala 附近的短期記憶區。而在當晚「非快速動眼期」的第三期,它們會把一些比較重要的資訊,〝教〞給大腦皮質裡的長期記憶區。科學家在動物身實驗中,很清楚地觀察到這個「教」的過程,並且發現 hippocampus 把資訊〝告訴〞大腦皮質的速率,比資訊的真實發生速率要快十倍以上。


 上面這個將資訊從短期記憶區轉存到長期記憶區的過程,被叫做「memory consolidation」(記憶強化),另外一個重要的記憶處理過程,是將新資訊整理進原有的記憶資料裡,甚至從新、舊資訊之間,歸納出更多的智慧。這個過程被叫做「memory integration」」(記憶整合)。至目前的研究,顯示出這個記憶整合過程似乎大部分在「快速動眼期」完成。另外有一類特殊的記憶資訊被「non-declarative memory」(非可陳述性的記憶資訊),是像騎自行車,溜冰、滑雪那樣的技能。它們在大腦裡的記憶儲存過程不太一樣,至於它們的記憶強化是發生在那一個睡眠期間呢?目前資料並不多,還待更多的研究來確認。
 綜合上面兩個段落,在考試前與其開夜車抱佛腳,還不如平時就好好學習、好好睡覺。另外有趣的是:在「非快速動眼期」所發生的「記憶強化」過程,當事人完全不知覺它的發生。
 我們常說的「夢魘」,其實有兩種:一種是可以被喚醒,而且當事人記得做過有關的夢。這種「夢魘」通常發生在「快速動眼期」,而其原因比較單純是當時大腦對外部肌肉的控制通路沒有被關妥。  另外一種比較容易發生在小孩及少年身上的「夢魘」,當事人不容易被喚醒,而且當事人經常事後並不知情。這種「夢魘」通常發生在「快速動眼期」,而其原因則是比較複雜的睡眠過程異常。一般人所說的「夢遊」,和這第二種「夢魘」的病理類似。
 「做夢」是醒來之後還記得的大腦經驗,通常是當事人從「快速動眼期」被吵醒或自動醒來之前大腦活動的殘跡。(如果是從「非快速動眼期」被吵醒,當事人通常不會有做夢的記憶。) 在「快速動眼期」裡,大腦的其他區域會對大腦皮質逐漸恢復刺激與連繫,而大腦皮質也會試圖去詮釋這些刺激與資訊,因而產生夢的內容。但是一方面這些刺激與連繫還不若清醒時那麼正常與規律,另一方面,那時大腦與外界運動、感官的通路大部分是被切斷的,大腦皮質得不到現實環境的回饋,所以其詮釋經常會天馬行空。在這兩個因素之下,夢的內容不一定反應了當事人的心理缺陷或疾病。因此佛洛依德那套「夢的解析」理論,可以束之高閣了。
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