我们为什么要睡觉？

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最近看了英国神经科学家马修·沃克的《我们为什么要睡觉》，这本书号称是全球公认殿堂级“睡眠百科全书”。我看完后，对睡觉这件事的认知，达到了全新的高度。
今天这篇文章，是读完《我们为什么要睡觉》之后的读书笔记。我会从睡眠的基本原理、睡眠的重要性、影响睡眠的因素和如何获得一个好的睡眠，这几个方面来展开本文。对于想了解睡觉的原理、改善自己睡眠的朋友，推荐看本书，推荐等级4.5颗星。
一. 睡眠的基本原理
1. 调节清醒和睡眠的两个因素
（1）昼夜节律
人类的昼夜节律为大约一天（约24小时15分）。不管你是否睡着，你的昼夜节律每24小时都会循环一次，坚定不移。
在早上清醒的“晨型人”，大约占全人类的40%；在晚上清醒的“夜型人”（也可以叫“夜猫子”），大约占全人类的30%；介于两者之间的其他人，占30%。成年人的睡眠类型，是由基因决定的。“夜猫子”并没有选择去做一个“夜猫子”。由于不可避免的DNA结构，他们生来就处于一种推迟的时间表中。这不是他们的意识缺陷，而是基因的宿命。
我们的视交叉上核通过一种叫褪黑激素的循环信使，将日夜反复的信号传递给我们的大脑和身体。褪黑激素的作用就像是一个强有力的扩音器，向大脑和身体大声喊出一个明确的信息：“天黑啦，天黑啦！”。
但我们需要注意，褪黑激素的作用只是提供正式的指令开始睡眠，但它不参与睡眠活动。打个比方，褪黑激素就像是百米跑的发令员，他只负责发令让运动员开始跑步，他自己不参加跑步比赛。
这个图是褪黑激素浓度在我们身体内的变化，我们看到大约晚上7点的时候，褪黑激素的浓度在我们身体内开始上升，到午夜达到最高，然后再逐步降低，大约早上7点的时候，恢复到最低水平。

夜间褪黑激素水平不仅受到黄昏时日光衰减的控制，而且受到与日落一致的温度下降的控制。一旦核心体温在夜晚降低到阈值以下，热敏感细胞就会迅速向邻近的视交叉上核传递信息。这种信息再加上自然衰落的光线，就会通知视交叉上核启动褪黑激素在夜晚的释放，带来睡眠的命令。
下图是通过人一天内核心体温的变化，来展示人的昼夜节律。从最左边的“中午12点”开始，体温逐渐上升，下午晚些时候达到峰值。然后轨迹变化，体温开始下降，随着入睡时间的临近，体温会下降到比中午的起始温度还低。

因此，环境中的光线和温度尽管相互独立，但依然协同作用，决定了夜间的褪黑激素水平，规划了理想的睡眠时间。
（2）睡眠压力
睡眠压力是由一种叫腺苷的化学物质的浓度决定的。伴随着我们清醒的时间增加，腺苷会不断在大脑中积累。醒着的时间越久，积累得越多。
大脑中腺苷增加的一个后果就是人们越来越渴望睡眠。由于这种化学睡眠压力，当腺苷浓度达到峰值时，不可抗拒的睡眠欲望就会占据上风。
2. 作息周期
昼夜节律和睡眠压力，共同作用，调节我们清醒还是睡眠，形成了我们的24小时的清醒-睡眠循环交替的作息周期。
如下图所示，昼夜节律像正弦波一样（过程C），有规律、重复性地先上升再下降，然后再一次上升和下降。清醒的时间越长，腺苷积累得越多，就会产生越来越强烈的睡眠欲望（过程S）。

如下图所示，早上7点醒来，到上午11点，昼夜节律虚线和睡眠压力实线之间只有很小的距离。这时睡眠的压力很弱，而保持清醒和警觉的欲望很强烈。

如下图所示，到晚上11点，已经清醒了15个小时，大脑中充满了高浓度的腺苷。此外，昼夜节律的虚线也在下降，降低了我们的活跃性和警觉性。结果，这两条线之间的距离变得很大。大量的腺苷和不断下降的昼夜节律强强联合，激发了我们对睡眠的强烈渴望。

3. 睡眠周期
在我们每一天的睡眠过程中，我们会经历大约每90分钟一个的睡眠周期。每个睡眠周期中的睡眠，又可以分成非快速眼动睡觉(NREM)和快速眼动睡眠(REM)。
下图是一个典型的睡眠过程中的睡眠周期，可以看到每个睡眠周期中两种睡眠类型的占比都不一样。总体上来讲，前半夜的睡眠中，非快速眼动睡眠多一些；后半夜的睡眠中，快速眼动睡眠多一些。

我们在清醒阶段，主要是做信息的接收，接收的信息被存储在大脑“海马体”区域。
在非快速眼动睡眠阶段，主要是将信息从只能短期临时储存的仓库（海马体）转移到长期案例的保险库（皮层）。通过将昨天的记忆从海马体的短期储存库转移到皮层的长期住所，我们醒来后，昨天的经历已经安全归档了，并且重新获得了第二天接收新信息的短期储存能力。
在快速眼动睡眠阶段，新接收的信息会与过去已经存在的信息进行连接，以此强化我们过去的认知。这个过程可以看成是一个信息集成的过程。快速眼动睡眠对于我们的创造力非常重要。当我们进入快速眼动睡眠，梦境成为主宰时，一种启发式的记忆调和术就开始进行了。我们不再拘泥于看到记忆单元之间最典型、平凡的明显联系。取而代之的是，大脑偏重于积极寻找信息集合之间最遥远、最不明显的联系。
二. 睡眠的重要性
睡眠对我们的身体有很多益处，它跟饮食、锻炼一起组成了人类健康的三大支柱。而且毫不夸张地说，睡眠是另外两根健康支柱的基础。
长期睡眠不足也会对我们的身体产生很大的危害。书中作者提到癌症、糖尿病、心脏病、不孕不育、体重增加、肥胖和免疫缺陷这些疾病，都跟睡眠不足有关系。
1. 睡眠对大脑的益处
当我们清醒时，大脑不断获取并吸收新的信息，被存储在大脑"海马体“区域。但海马体的存储容量有限。
非快速眼动睡眠将基于事实的记忆从临时存储仓库（海马体）转移到长期安全的保险库（皮层）。
通过将昨天的记忆从海马体的短期储存库转移到皮层内的长期住所，你醒来后，昨天的经历已经安全归档了，并且重新获得了第二天学习新信息的短期储存能力。
随着深度非快速眼动睡眠的减少，老年人学习和记忆储存能力会下降。
熟能生巧：也许应该是熟练，加上睡眠，才能生巧。光是熟练，并不能生巧。而是练习后，再加上一夜的睡眠，才能通向完美。
睡眠帮助大脑实现了动作序列的自动化：运动记忆被转移到了在意识层面以下运作的大脑回路中，而不是像保存事实信息所需的那样从短期储存处到长期储存处的记忆转移。结果，那些技能行为成了本能一般的习惯，很容易从身体里流露出来，而不会感到费力和刻意。这就是睡一觉起来把学了许久弹不出来的曲子流畅弹出来的秘密。
2. 睡眠与体重
当你的睡眠时间变短时，你的体重也会增加。
控制食欲的两种激素：
（1）瘦素：传递饱腹感。当瘦素在体内循环的浓度水平很高时，你的食欲就会变迟钝，不想吃东西。
（2）胃饥饿素：引发强烈的饥饿感。当胃饥饿素水平增高时，你的食欲也会增加。
睡眠不足会降低释放饱腹感信号的激素瘦素的浓度，升高诱发饥饿感的激素胃饥饿素的浓度。
这是一个生理上典型的双重危险事件：参与者因为睡眠时间过短而受到两次惩罚，一次是从身体中消除“我已经饱了”的信号，一次是把“我还饿”的感觉放大。
当只有5.5小时的睡眠时间时，超过70%减轻的体重来自瘦肉组织——肌肉，而不是脂肪。而每晚睡眠时间为8.5小时的时候，研究人员观察到了更令人满意的结果，超过50%的体重减轻来自脂肪，同时保存了肌肉。
3. 睡眠剥夺
人体的任何一个方面都不能幸免于睡眠不足的严重伤害。
大脑有一个功能，即使是在最轻微的睡眠剥夺之下也会受到影响，那就是专注力。
清醒19个小时之后，睡眠不足的人和那些达到法定醉驾标准的人认知受损程度一样。如果你开车时昏昏欲睡，求求你一定要停下来。这是生死攸关的事。
睡眠缺乏时形成的记忆是较弱的记忆，会迅速消散。如果你在学习之后的第一个晚上没有睡觉，那么即使你之后得到了很多的“补充”睡眠，你也没有机会巩固这些记忆了。对于记忆来说，睡眠并不像银行。你不能把债务累积起来，并希望在之后的日子里还清。睡眠记忆巩固是一种孤注一掷的事件。
三. 影响睡眠的因素
1. 不断亮着的电灯和LED灯
夜晚的人工光线，即使是强度很小的光线，也会欺骗你的视交叉上核，让你相信太阳尚未落山。限制褪黑激素释放的刹车踏板，本来应该在黄昏的时候松开，却在电灯胁迫下仍然在你的大脑中强行踩下。
眼睛中向视交叉上核传送“白天”信息的光受体，对蓝光光谱内的短波长光最为敏感，而这正是蓝光LED最强力的范围。因此，即使光照强度相近，蓝色LED灯对夜间褪黑激素抑制的有害影响仍是老式白炽灯泡所产生的温暖黄色光的两倍。
夜间使用LED设备会影响我们的自然睡眠节奏、睡眠质量及白天的清醒度。
可以在电脑、手机和平板电脑上安装一种可以随着夜晚的降临逐渐降低有害的蓝色LED灯光饱和度的软件。
2. 恒定的温度
要成功开启睡眠，你的核心温度需要降低约1℃。
环境中的光线和温度尽管相互独立，但依然协同作用，决定了夜间的褪黑激素水平，规划了理想的睡眠时间。
你控制核心体温的一种方法是利用皮肤表面。大部分热量调节的工作都是由你身体的三个部位来完成的：手、脚和头。
现代工业社会，通过配有中央供暖和空调的温控住宅，以及被褥、睡衣的使用，我们在卧室里设计了一个变化微小甚至无变化的温度调节程序。失去了自然下降的夜间温度，我们大脑中的下丘脑无法再发出降温指令，也就无法促使褪黑激素在自然的时间释放。此外，我们的皮肤也难以“呼出”热量来降低核心体温并转入睡眠状态，就这样被恒定的屋内温度阻住“呼吸”。进而影响睡眠。
假设被褥和衣服都是普通的，那么大约18.3℃的卧室温度就是适合大多数人睡觉的理想温度。室温低于12.5℃可能对睡眠有害，除非使用温暖的被褥或睡衣。
对许多人来说，在睡前泡个热水澡，使整个身体得到温暖浸泡是一种奢侈。我们觉得这样做可以帮助我们更快地入睡，的确如此，但原因可能与大多数人想象的相反。你并不是因为身体是热的、温暖的而更快入睡。相反，热水浴会让血液流到你的皮肤表面，让你看起来更加红润。当你离开浴缸时，皮肤表面那些扩张的血管会帮助你迅速地散发体内的热量，并且让你的核心体温骤然下降。因此，你才能更快地入睡。
3. 咖啡因
咖啡因可以用来人为降低腺苷的睡眠信号，让人感觉清醒。
体内的咖啡因水平在口服约三十分钟后达到顶峰。咖啡因的平均半衰期为5~7小时。
在大脑中，咖啡因与腺苷对抗，通过霸占腺苷的结合位点——即受体——来发挥作用。
一旦咖啡因与这些受体结合，它并不会像腺苷那样刺激受体来使你产生困意。相反，它会阻塞并有效地抑制受体，起到掩蔽剂的作用。
通过胁迫和占据这些受体，咖啡因阻断了腺苷向大脑正常传递的困觉信号。结果是：尽管腺苷水平高到正常情况下足以让你入睡，咖啡因还是会诱使你感觉十分清醒。
4. 酒精
酒精的麻醉作用让你不清醒，但不会诱发自然的睡眠。你通过酒精所进入的脑电波状态并不是自然的睡眠状态，相反，它类似于轻度麻醉状态。
首先，酒精会将睡眠碎片化，用短暂的清醒把睡眠搅得支离破碎。因此，酒后的睡眠是不连续的，也缺乏修复效果。
其次，酒精是我们所知道的抑制快速眼动睡眠的最强力物质之一。当人体代谢酒精时，会产生叫作醛和酮的化学副产物。醛类物质尤其会阻断大脑产生快速眼动睡眠的能力。这就像是心脏骤停的大脑版本，可以阻止有梦睡眠脑电波的产生。
酒精在夜间会破坏你的睡眠，而我可以提供的最好、最诚实也最恼人的忠告是：戒酒。一定要喝的话，请在早上喝。
5. 强制唤醒
从睡眠中被人为惊醒的人将会遭受由神经系统的战斗或逃跑分支发生暴发性活动所引起的血压、心率急剧上升。
如果你使用闹钟，请取消贪睡功能，并且养成一次醒来的习惯，以免你的心脏受到反复惊吓。不开玩笑，如果惊醒你的心脏还不够糟糕的话，那么使用贪睡功能意味着你会在短时间内反复造成对心血管的伤害。
如果你有睡眠问题，那么每天在同一时间醒来（无论是工作日还是周末），就是保持稳定睡眠时间的良好建议。
四. 如何获得一个好的睡眠
以下是12条健康睡眠小贴士：
（1）坚持固定的睡眠时间。每天在同一时间上床睡觉，在同一时间醒来。作为习惯性的生物，人类很难适应睡眠模式的变化。等到周末再补觉，并不能完全弥补一周内睡眠不足的情况，并且会导致周一早上很难醒来。可以为就寝时间设置闹钟。我们通常只会为起床时间设置闹钟，却不会为睡觉时间这么做。如果你只能从这12条建议中记住一条，那么记住这一条吧。
（2）锻炼很有益，但不要在一天中太晚的时间进行。尽量每天尝试锻炼至少30分钟，但要在睡前2~3小时结束锻炼。
（3）避免咖啡因和尼古丁的摄入。咖啡、可乐、某些茶和巧克力都含有兴奋剂咖啡因，其效果可能需要8小时才能完全清除。因此，在下午晚些时候喝杯咖啡，会让你晚上很难入睡。尼古丁也是一种兴奋剂，通常会使吸烟者睡得很轻。此外，戒烟者通常会因为尼古丁戒断反应而在早晨过早醒来。
（4）睡前避免喝酒精饮料。睡前喝一杯酒或含酒精的饮料可以帮助你放松，但大量摄入酒精会让你失去快速眼动睡眠，使你处于睡眠较轻的阶段。大量摄入酒精也可能导致夜间呼吸问题。当酒精的影响消失时，你也会在半夜醒来。
（5）深夜避免大量进食和喝饮料。简单的零食可以，但大量进食会导致消化不良，干扰睡眠。晚上喝太多液体会导致频繁醒来上厕所。
（6）尽量避免使用会延迟或破坏睡眠的药物。一些常用的心脏、血压或哮喘药物，以及一些治疗咳嗽、感冒或过敏的非处方药和草药都可以破坏睡眠模式。如果你有睡眠问题，请咨询你的医疗保健机构或药剂师，看看你是否服用了任何会导致失眠的药物，并询问是否可以改为白天或晚上的其他时间服用。
（7）下午3点以后不要午睡。午睡可以帮助弥补缺失的睡眠，但是午后的午睡可能会造成夜间更难入睡。
（8）睡前放松。不要把白天安排得太满，以至于没有时间放松。你的睡前习惯应该包含一项轻松的活动，如阅读或听音乐。
（9）睡前洗个热水澡。洗过澡后，体温的下降可能会使你感到困倦，洗澡也可以帮助你放松和缓解紧张，让你更容易入睡。
（10）保持卧室幽暗凉爽，并且不要放置任何电子产品。摆脱卧室里任何可能让你分心的东西，比如噪声、明亮的灯光、不舒服的床或过高的室温。如果房间里的温度保持凉爽，你会睡得更好。卧室里的电视、手机或电脑可能会让你分心，无法入睡。拥有舒适的床垫和枕头，可以帮助促进良好的睡眠。失眠的人会经常看钟表，因此请将时钟的表盘转到看不见的方向，这样你就不会在尝试入睡时担心时间了。
（11）适当晒晒太阳。日光是调节日常睡眠模式的关键。尽量每天在自然阳光下晒30分钟以上。如果可能的话，早晨随着阳光醒来，或者使用非常明亮的灯光。睡眠专家建议，如果你有睡眠问题，那么你应该在早晨接受阳光照射1小时，并在睡前调暗室内灯光。
（12）醒着时不要躺在床上。如果你躺在床上20分钟后仍然很清醒，或者开始感到焦虑或担心，那么就起床进行一些轻松的活动，直到感到困倦。不能入睡的焦虑会使你更难入睡。