这篇文章我们来说说人在睡眠状态下,大脑内部的活动。
我们都有过这种体验:每次感到精疲力竭时,睡一觉,醒来之后,又重新恢复了精神。整个过程就好像给手机充电似得。但是,我们一直对于睡眠这件事,不是很了解。比如,人为什么需要睡眠呢?最近在《美国生命科学网》上有一篇文章,或许可以解释这个问题。文章里提到,睡眠可能会削弱脑中已有的神经连接,因此我们第二天才有精力工作。这是怎么回事呢?我们来说说。
研究者认为睡眠会影响突触生长过程。突触,它是神经元与神经元之间,进行信息传递的通道。在白天,我们的大脑会不断输入新的信息,突触随之加强或变多,以适应信息传递的需求。但是突触不能无限加强,否则将会出现突触饱和现象,引起“信息过载”。因此,研究人员做出假设——突触在睡眠的过程中会被“修剪”。
为了找到支持这一假说的证据,研究人员以老鼠为实验对象,观察老鼠大脑内部突触的收缩和扩张现象。通过使用能分辨纳米尺度的新型电子显微镜,他们发现,在老鼠睡了几个小时之后,脑内的突触平均收缩了18%。
其实,几千年来,人类一直都在研究睡眠的作用。亚里士多德曾经说过,睡眠有助于身体修复,在睡觉的过程中,身体受损的部分会被取代、重建。当然,现代科学也支持了这一观点。研究人员已经找到了许多与修复和代谢相关,并且只在睡眠时表达的基因。他们发现,人类睡觉的时候,突触会缩回20%左右。
那么,突触为什么要收缩呢?科学家说,人类为了保持大脑学习新事物的能力,就必须要睡觉。因为当我们清醒的时候,我们总会被身边各种事物吸引,它们不断刺激我们的神经,迫使我们学习。在睡觉的过程中,我们的大脑受外部环境的影响较小,突触会进行充分的休息,为新一天接受新的信息输入、学习新事物做准备。突触在休息的这段时间,被称作“突出稳态”。科学家说,如果没有这段‘突触稳态’,那么突触将会因为超负荷工作而崩溃,就像插线板接入过多电器后会烧坏一样。
那是不是,所有的突触在睡眠期间都会被修剪呢?
经过观察发现,大概只有80%的突触会在睡眠中被“修剪”。而剩下的那20%的突触,面积普遍都比较大,它们在睡眠期间不会被“修剪”。研究人员认为,较大的突触可能与我们稳定、或者重要的记忆有关。也就是说,我们的大脑不希望忘掉它们,所以不会修剪那部分的突触。不过,研究人员也表示,大脑究竟是通过什么机制决定哪些突触需要被修剪,哪些又不能被修剪,这仍然是个迷。
研究人员认为,突触修剪也许是睡眠的一个核心特征,尤其对于相比于其他动物有更高级认知能力的人类来说。不过,突触修剪也可能只是睡眠的重要功能之一。在睡眠过程中,大脑处在相对不活跃的状态,正是这种状态,才能维持正常的生命活动。
总结一下,这篇文章总要讲了三件事儿:第一,睡眠会影响突触的生长;第二,正是由于在睡觉时大脑内部的突触被修剪,我们才不会因为“信息过载”影响第二天的学习和记忆;第三,在睡眠过程中,有些大的突触不会被修剪,科学家认为这和我们的重要的记忆有关。