SELL BLUE IN THE WORLD

嘿嘿

相信屏幕前点进来的你

应该都见过下面这张表情包吧

遇到困难睡大觉

是当今一些青年人遇到挫折时的一种调侃

虽然略有对现实不满和逃避的消极意味

但从科学角度上来讲

遇到棘手的事情睡上一觉

让自己恢复体力和精力

确实能让我们元气满满、更加顺利地解决问题呢

睡眠占据了人一生中三分之一的时间，是我们生命里不可或缺的一部分，和食物、水一样，一旦被剥夺，机体就会自然而然走向死亡。

可是，仔细一想，睡觉，又似乎是很蠢的一件事：它让一个人不能进食、社交、学习，丧失意识和警觉，没有防御能力，随时可能面临危险。如果有一个人可以不用睡觉，那岂不是占很大优势吗？这种优势，在远古时期强大的选择压力之下，不应该能淘汰掉那些导致人类睡觉的基因才对嘛？

对此，睡眠科学家瑞赫夏芬是这么说的：如果睡眠没有提供任何关键性的功能，那就是演化犯下的最大错误。那么，睡眠的机理是什么样的？它为什么是人体的必需品？我们应该如何改善自己的睡眠质量呢？本期化说研学，就由团团带领你来揭晓答案！

一、睡眠的机理

在我们的体内有两大系统会引发睡意，它们分别是内稳态系统与昼夜节律系统。理想情况下，这两大系统互相协作，从而使我们有充足、高质量的睡眠。

（1）内稳态系统调节

根据我们的生活经验，白天清醒的时间越长，积累的困意越多，晚上就会越疲惫，越想睡觉。其实，这正是内稳态系统的调节作用。它通过睡眠压力调控机体的睡眠质量与时间长短，让机体恢复平衡状态，大脑中一种名为腺苷（C10H13O4N5）的化学物质被证明与此有关。

【腺苷结构式】

腺苷会与神经元上的腺苷受体结合，降低神经元的兴奋，从而抑制神经冲动的传导。人体清醒的时间越长，大脑中积累的腺苷越多。当腺苷浓度达到峰值时，不可抗拒的睡眠欲望会占据上风。但当人入睡后，腺苷的浓度就会逐步降低，直到完全醒来。这个流程周而复始，形成睡眠的原始驱动力。

【腺苷与神经元上的腺苷受体结合】

（2）昼夜节律系统调节

不知道大家是否思考过这样一个问题：为什么千百年来人类始终是日出而作，日落而息，我们的睡眠与清醒难道是由太阳控制的吗？其他的因素是否也会影响我们的作息呢？

要解答这个疑问，我们需要把目光转到这只坐落于大脑视交叉上合的生物钟，也就是昼夜节律系统，它是由血清素(C10H12ON2)和褪黑素(C13H16O2N2)两种激素共同来调节的。

【血清素结构式】

【褪黑素结构式】

上午六七点，当清晨第一缕阳光倾泻在我们身上时，体内的色氨酸(C11H12O2N2)就会被大量用于合成血清素，血清素作用于我们的神经系统，能稳定我们的情绪，让我们产生愉悦与平静的感觉，使身体进入活跃的工作状态。

到了傍晚，当光线开始变弱时，一组本质上为视网膜感光神经节的细胞负责接收信号并发送视交叉上合（SCN），它将促使松果体（大脑中的一种腺体，与豌豆大小相当）将分泌的血清素转化为褪黑素，褪黑素积累得越多，我们便会感觉越困，直到深夜激素水平达到巅峰状态，人会承受不住强烈的困意而睡去，直到下一抹晨曦的到来。

【光线对褪黑素和血清素的影响】

值得一提的是，人类体内的生物钟还会受到外界温度、运动、饮食、社交等授时因子的影响，但其中最稳定、最可靠、最主要的授时因子还是阳光，它不断校正我们人体内部的生物钟，使我们能相对精确地维持一天24小时的昼夜节律。所以，要记得多晒晒太阳哦！

二、睡眠为什么是必需品

（1）促进新陈代谢平衡

控制发育和调节健康

经过白天长时间的工作和学习，大脑会产生大量的代谢废物，其中就包括与阿尔兹海默症等神经退行性疾病有关的β-淀粉样蛋白以及与帕金森症的发病机制和功能障碍密切相关的α-突触核蛋白，如果这些代谢废物不能得到及时清理，久而久之，将给大脑带来严重的、不可逆的伤害。

【β-淀粉样蛋白堆积导致阿尔兹海默症】

虽然大脑中的淋巴系统不够发达，但是它也有自己的一套清理机制，清理有害物质的介质叫做——脑脊液。我们1400—1500ml的大脑中，具有125—150ml的脑脊液。虽然脑脊液的总量并不是很多，但大脑每天都会产生500ml，重吸收500ml，与脑组织进行物质交换。

【睡眠状态下，血液（红色）流出，脑脊液（蓝色）流入】

在清醒状态下，大脑需要较多的能量去处理各类信息，因此也就需要足够的血液来供氧，血液充盈着大脑，脑脊液只能活动在大脑的表面，很难有进入大脑内部的机会，即使有少量进入，也仅仅是睡眠状态下的5%，而且此时的大脑细胞间隙较小，堵塞了脑脊液流动的通道，所以对大脑的清洁作用约等于无。

【睡眠与清醒时细胞间隙不同】

但当人体进入睡眠后，处理信息的神经中枢活性降低，大脑的需氧量大大降低，血液流出大脑，大脑细胞也因此缩水60%，大大增加了细胞之间的间隙，脑脊液得以顺利地通过大脑组织间隙，将大脑的代谢产物冲刷带走。

因此，睡眠时期是大脑自我清洁系统最活跃的阶段，可以有效地促进大脑新陈代谢平衡，让大脑和神经元在第二天满血复活，保证身体健康地运作。

【生长激素结构式】

除此之外，人体一些重要激素如生长激素，主要通过深度睡眠或者运动来释放。生长激素一般在22点到凌晨1点有一个分泌的高峰，分泌量可以达到白天的5—7倍，在这个时间段，睡眠程度越深，分泌的量越多，越有利于人体的生长发育。

【生长激素分泌量随时间变化曲线】

（2）提高学习能力

巩固记忆激发创造力

在一场完整的八小时睡眠中，我们将以90—110分钟为一个周期，在快速动眼期（REM）和非快速动眼期(NREM)之间交替切换。

【睡眠周期结构图】

快速动眼期是梦境形成的阶段。顾名思义，这时候我们虽然在睡觉，眼珠却在快速地转动，好像在看东西一样。在第五个睡眠周期里，快速动眼睡眠所占的时间相比其他周期要多很多，这也就解释了为什么睡回笼觉的时候很容易做梦。

非快速动眼期又可以根据睡眠深度再分为四个阶段，前两个阶段是浅睡眠，后两个阶段是深睡眠（慢波睡眠，又被称为黄金睡眠），在深睡眠阶段，我们的感觉会被大脑视丘暂时关闭，因此这时候人是不容易被叫醒的。

相信大家都有过类似的经历：我们每天都会接受大量的信息，有的信息，比如今天刚刚背的单词，可能第二天就忘得七七八八了，而有一些儿时的记忆，我们现在却仍能清晰地回忆起来。记忆是如何产生的，非快速动眼睡眠和快速动眼睡眠又是怎么帮助我们巩固记忆、发挥创造力的呢？

大脑中有一个结构叫做海马体，这里就像一个临时仓库，约有四百万神经细胞组织成排，细胞协助将感官接收的资讯转化为电子讯号存入海马体中，海马体会筛选哪些信息是有用的、哪些是没用的，并将那些没用的信息直接过滤掉，而将有用的信息编码，暂时地储存起来形成记忆，但是它本身容量十分有限，就像电脑的内存一样，并不作为记忆的存储器。

【海马体图示】

新形成的精髓记忆最终要移入永久储藏库——大脑皮层，它相当于一个大仓库，容量约等于是无限的，就像电脑的硬盘一样，放进去的东西可以存放很久。

预定要成为长期记忆的思绪和经验，都将以电子讯号的形式传送到大脑皮层。讯号经过大脑细胞间迂回曲折的神经纤维（神经系统的通讯网络），各神经纤维尖端有囊泡，内含有用于神经传导的化学物质，也叫神经递质，常见的神经递质有乙酰胆碱（C7H16O2N+）、去甲肾上腺素（C8H11O3N）、Y-氨基丁酸(C4H9O2N)等。圆囊位于极小间隙的一端，称为突触，介于神经元之间。在突触的对面，则有成排的受体，作为神经传导的目标。

【乙酰胆碱结构式】     【去甲肾上腺素结构式】

【Y-氨基丁酸结构式】

当一个神经元中的电子讯号到达线路的末端时，就会电击储存化学物质的圆囊，被击中的圆囊裂开，突触前囊泡内的递质可向突触间释放，突触后受体打开，从而将递质信号传递给下一个神经元。

【神经冲动传导过程】

人在清醒的时候，编码记忆的效率很高，当信息完成编码后，其在大脑中处在一种不稳定的、暂时的状态，容易受到其他信息的干扰，比如新学习的类似的信息、强烈的新刺激等。记忆巩固就是将白天编码的各种初级状态的记忆输送到大脑皮层、使之转化为更稳定的、能被大脑长期储存的状态的过程，主要是通过非快速动眼睡眠（NREM）来实现的。深睡眠时，脑波频率很慢，可以进行长距离的传输，把记忆包从脆弱的短期存储地，送到较稳定的、安全的长期存储地点，帮助形成长期的记忆。

然而，光形成长期记忆还不够，还要把新知识和旧知识联系起来，而这主要依赖于快速动眼睡眠（REM）。快速动眼睡眠时脑波的频率和清醒时是类似的，大脑是清醒的，但身体却是睡着的。在快速动眼睡眠期间，神经递质乙酰胆碱几乎淹没了整个大脑，使得神经元之间的连接更容易形成，大脑可能会无意识地寻找看似毫无相关性的概念之间的相似之处，比如八大行星围绕太阳旋转与电子绕原子核旋转的方式。

【神经元之间建立连接】

大脑视丘会把感觉闸门打开，但此时的感觉闸门并不是让外界的信息传送到大脑皮质，而是让情绪动机记忆的信息在我们的视觉、听觉和感觉的皮质的大屏幕上演出。于是，我们就进入了光怪陆离的梦境，梦境里充满了我们奇妙的联想，从而建立起新知识和过去经验的联系，催生崭新的见解、创造性的思维以及解决问题的方法。

事实证明，许多科学发现背后都有梦境的功劳，比如梦见一只咬着自己尾巴的蛇从而发现苯环结构的凯库勒、梦见元素周期表的门捷列夫……其实，这都不是什么所谓的上帝的指引，而是因为在梦中，他们将各种可用的知识作了遥远的链接，从而诞生了对问题前无古人的独到见解。所以，也许我们和大神之间，只是缺了那几个小时的快速动眼睡眠哦！

【苯环结构和一条咬着自己尾巴的长蛇】

青少年时期，大脑和身体都处在发育的关键时期，一般都需要至少八小时的睡眠，如果得不到满足，不仅会头脑迟钝、拉低当天学习效率，而且还会让前一天所学的知识得不到及时的巩固，努力白费；另外，大脑会将快速动眼睡眠放在睡眠的较后阶段，缺少这部分睡眠，相当于损失了60%—90%的快速动眼睡眠，导致学过的知识间缺乏有效的连接，很难灵活运用知识解决问题，相当于扼杀了他们大部分的创造力。

三、如何改善睡眠质量

（1）睡前少喝含咖啡因的饮品

从前面我们已经知道：腺苷能与腺苷受体结合抑制神经传导，促进睡眠。而有一种常见的化学物质与腺苷具有相似的化学结构，使得大脑接受不到疲惫的信号，从而保持兴奋的状态，此物质叫名为咖啡因（C8H10O2N4），这也就解释了为什么咖啡可以提神。

【咖啡因提神的机理（黄色为咖啡因，红色为腺苷）】

咖啡虽然美味且提神，但也会带来副作用：人体内的咖啡因水平在口服约30分钟后达到顶峰，平均半衰期是四到六个小时，这也就意味着喝完咖啡6个小时后，50%的咖啡仍然具有活性，当然咖啡因可以在肝脏中被相应的酶降解掉，最终变成副黄嘌呤、可可碱、茶碱。有些人代谢能力较强，能够迅速将咖啡因从血液中清除，当然这只是对少数人而言，大部分人如果在较晚（接近入睡）的时间喝了咖啡，面临的一般都会是辗转反侧、难以入眠。

【咖啡因在肝脏中的代谢的产物】

咖啡因不止存在于咖啡中，也存在于茶叶、奶茶、可乐等饮品中，在不知不觉中，人体就会摄入过多，导致难以入睡。因此，我们需要控制咖啡因的摄入，如果需要喝咖啡提神，要注意适度，且要尽量选择早一点的时间段（中午之前），避免影响睡眠。

（2）午睡不宜过长过晚

日常生活中，在我们上午进行了高强度的工作和学习后，脑内腺苷水平大幅度提升，人慢慢感觉到困意，而且海马体也通常会处在满载状态，这时，我们通常会感觉到沉重的睡意向自己袭来，按照生活经验，最好的方法就是进行一次短暂的休息，小睡大约30分钟，便可以让整个人精神焕发，以饱满的活力去迎接下午的工作和学习，这是因为适度的浅睡可以有效降低体内腺苷的浓度，减少困意，并暂时释放海马体的内存，达到午睡半小时，工作一下午的效果。

午睡虽好，但也不宜过长（超过30分钟）和过晚（下午3点以后），如果靠近傍晚或者睡太多，消耗了大量的腺苷，就有可能导致晚上睡觉的时候腺苷不足，难以入睡。

而且，如果午睡时间过长，大脑就会进入深度睡眠阶段。若在此时被叫醒，大脑就像放假正玩得开心时，被突然喊回来加班，不仅不乐意，还会悄悄抗议，导致行动迟缓、意识模糊、头疼头晕，反而不利于下午的学习和工作哦！

（3）保持褪黑素血清素系统稳定

前面已经说过，血清素和褪黑素在调节我们的生物钟方面起着举足轻重的作用。血清素由色氨酸转化而来，产生于日出之始，平定我们的心神，帮助我们更好工作；褪黑素产生于日落以后，增加我们的睡意，帮助我们更好入睡。所以要助力睡眠，我们可以从色氨酸、血清素、褪黑素三个方面分别入手。

色氨酸是合成血清素的原料，因此我们可以从早餐开始摄入足够的色氨酸。富含色氨酸的食品包括：香蕉、坚果、乳制品、黄豆类、蛋类、全谷杂粮类、鱼类、肉类。

【富含色氨酸的食品】

血清素的分泌多少与早晨的阳光有很大关系，如果我们想要第二天又有一个稳定的工作状态，并且可以早早入睡的话，就需要在七点前起床，迎接阳光，促进血清素的分泌，往前推八个小时的话，也就需要在晚上十一点之前睡觉。

【不同波长的色光对于褪黑素的抑制效果】

褪黑素又被称为吸血鬼荷尔蒙，因为它主要在黑暗中产生，并且受到光的抑制，在睡前暴露于光线下，则会影响褪黑素在身体内的积累，使生物钟往后推延。不同波长的光线，对于褪黑素的抑制作用不同，其中以短波蓝光的抑制效果最强，而我们日常接触蓝光的主要渠道就是手机、电脑、平板等。因此，为了保障睡眠质量，睡前应尽量少接触这些电子产品，可以换成看纸质书的方式消磨睡前时光，既增长了知识，又能睡个好觉，岂不美哉！

（4）营造舒适环境，保持规律作息

夜晚保持微冷，能够促进我们的睡眠，因此可以通过洗个热水澡的形式，促进毛细血干扩张，体内血循环加快，刺激体温调节中枢，从而降低我们的核心体温，帮助我们更好地入睡。此外，也可以购买舒适、清爽的床上用品，或者开空调降低室温。

在影响生物钟的授时因子中，社交是经常被我们忽略的。固定的上学、上班时间也会对人体的生物钟产生重要的影响。当我们放假在家时，看似拥有了美好的自由，想学习就学习，想休息就休息，实则这种自由往往会导致生物钟的紊乱。我们需要给自己一套规律的作息，包括规律的饮食、规律的运动、规律的工作与休息，利用好各种授时因子，让体内的生物钟处于一种相对稳定的状态，调节好我们每天的睡眠。

结语

睡眠对我们至关重要

但是现在

在时代潮流裹挟着的内卷和焦虑下

我们却好像更不愿意早睡

也更不容易睡着了

希望大家能调整好心态

认识到充足的睡眠不是一种懒惰

运用科学的方法，改善自己的睡眠

期待见到那个第二天元气满满的你呀

那么本期的化说研学到这里就结束啦！

我们下期再见！

参考来源：

哔哩哔哩up主才下广木 | 睡眠的科学，人为什么要睡觉

哔哩哔哩up主医学科普联盟 | 睡眠科学：如何科学地改善睡眠

哔哩哔哩up主老巩学长 | 睡眠占了人类30%的时间，你真的了解它吗？

哔哩哔哩up主永久不太久 | 大脑与记忆，脑的探索系列

知乎答主卢雅莉 | 褪黑素是如何产生的，有哪些作用？

知乎答主科言君 | 记忆的本质是什么？

知乎答主倩Sur | 在保证睡眠时间的情况下，晚睡是否影响生长激素分泌？

知乎答主槽点满满的老K | 睡眠的机理及意义是什么？

知乎答主Hedy Huang | 睡眠的意义：帮助大脑清理代谢废物

知乎答主瞻云 | 为什么人类需要睡觉

百度百科

- THE END -

图片 |网络

文案 | 陈锦洋

编辑 | 彭泳坤

责任编辑 | 董超群

初审 | 韩傲妍苏心钰

复审 | 张舒瑜

终审 | 陈巧年