據國外媒體報道，人類(lèi)一生中大約三分之一的時(shí)間在睡覺(jué)，科學(xué)家一直在討論為什么睡眠占據我們如此多的時(shí)間，目前，最新一項研究表明，人類(lèi)在特定年齡不同階段，睡眠狀況會(huì )存在差異。
關(guān)于為什么我們睡眠時(shí)主要集中在腦力活動(dòng)的問(wèn)題有兩個(gè)主流解釋理論：一種理論認為，大腦利用睡眠來(lái)重組細胞之間的聯(lián)系，構建支持我們記憶和學(xué)習能力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )；另一種理論認為，大腦需要時(shí)間來(lái)清理一天累積的代謝廢物。神經(jīng)科學(xué)家一直在爭論這些解釋哪些是人類(lèi)需要睡眠的主要原因，但是最新研究表明，對于嬰兒和成年人來(lái)說(shuō)，年齡不同，他們睡眠的主要原因也不一樣。
這項研究發(fā)表在9月18日出版的《科學(xué)進(jìn)展》雜志上，研究人員使用數學(xué)模型表明，嬰兒大部分睡眠時(shí)間處于“深度睡眠”，也被稱(chēng)為隨機眼動(dòng)睡眠（REM）。與此同時(shí)，我們的大腦細胞之間迅速建立新的連接，并不斷地擴大，然后當蹣跚學(xué)步的嬰兒接近兩歲半的時(shí)候，他們的快速眼動(dòng)睡眠時(shí)間快速減少，因為他們的大腦轉換至“維護模式”，大部分睡眠時(shí)間用于清潔大腦代謝廢物，并進(jìn)行修復。
研究報告作者、美國加州大學(xué)洛杉磯分校圣菲研究所生態(tài)學(xué)、進(jìn)化生物學(xué)和計算醫學(xué)教授范·薩維奇稱(chēng)，這絕對是令人震驚的事情，這種大腦模式轉換如此快速。
同時(shí)，研究人員還收集了其他哺乳動(dòng)物的相關(guān)數據，其中包括：兔子、老鼠和豚鼠，發(fā)現它們的睡眠可能經(jīng)歷類(lèi)似的轉變，然而，現在判斷這些模式在許多物種中是否一致還為時(shí)過(guò)早。
瑞士伯爾尼大學(xué)兒童與青少年精神病學(xué)和心理治療大學(xué)醫院的神經(jīng)學(xué)家萊拉·塔魯赫說(shuō)：“我認為實(shí)際上這種大腦模式轉換可能并沒(méi)有那么明顯，而是更平穩，或者個(gè)體之間轉換的年齡會(huì )有所不同，大腦發(fā)育的速度因人而異，我們發(fā)現2-3歲之間的數據點(diǎn)非?！∈琛??！?/p>
新興的假說(shuō)理論
2007年發(fā)表在《美國國家科學(xué)院學(xué)報》的一篇研究報告指出，薩維奇和理論物理學(xué)家杰弗里·韋斯特發(fā)現動(dòng)物大腦體積與腦代謝率能準確預測動(dòng)物睡覺(jué)的時(shí)間，這比基于動(dòng)物整體大小進(jìn)行的預測更準確。一般而言，擁有較大體積大腦和較低腦代謝率的大型動(dòng)物比擁有相反特征的小型動(dòng)物睡眠時(shí)間更少。
這一規律普通存在于不同物種之間以及同一物種不同年齡階段，例如：老鼠比大象的每天睡眠時(shí)間更長(cháng)，新生嬰兒每天睡眠時(shí)間比成年人更長(cháng)。然而，睡眠時(shí)間隨著(zhù)大腦體積變大而逐漸減少，研究人員希望知道這種變化在不同動(dòng)物身體上發(fā)生的有多快，以及隨著(zhù)時(shí)間推移這種變化與睡眠功能是否有關(guān)。
為了開(kāi)始回答這些問(wèn)題，研究人員收集了關(guān)于人類(lèi)睡眠時(shí)間的現有數據，收集了從新生兒至15歲兒童的數百個(gè)數據點(diǎn)，他們還收集了大腦體積和代謝率、腦細胞聯(lián)系密度、身體大小和代謝率、不同年齡階段快速眼動(dòng)睡眠時(shí)間比率等數據，研究人員從60多項研究中得出獲得這些數據點(diǎn)。
嬰兒每天睡眠時(shí)間大約是成年人的兩倍，他們的睡眠時(shí)間中較多地處于快速眼動(dòng)狀態(tài)，但長(cháng)期以來(lái)，人們一直不清楚這種狀態(tài)到底起什么作用。
研究報告作者建立了一個(gè)數學(xué)模型來(lái)跟蹤分析所有這些隨時(shí)間變化的數據點(diǎn)，觀(guān)察這些數據點(diǎn)出現怎樣的模式變化。嬰兒大腦代謝率很高，因為大腦細胞建立了許多新的連接，這與嬰兒較多的快速眼動(dòng)睡眠狀態(tài)有關(guān)。因此，他們得出結論稱(chēng)，嬰兒時(shí)期較長(cháng)時(shí)間的快速眼動(dòng)有助于大腦快速重構，因為新的大腦網(wǎng)絡(luò )形成，嬰兒學(xué)習新的技能。薩維奇說(shuō)：“這種關(guān)聯(lián)性并不會(huì )很快發(fā)生改變，當嬰兒進(jìn)入2-3歲，逐漸地他們快速眼動(dòng)時(shí)間將減少?！?/p>
與此同時(shí)，大腦皮層（大腦褶皺表面）的細胞代謝率也發(fā)生了變化，在嬰兒時(shí)期，代謝率與腦細胞之間現有連接數量和大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )建立新連接所需能量成正比，隨著(zhù)大腦重構速率減緩，相應的代謝率也會(huì )減慢。
塔魯赫稱(chēng)，在人類(lèi)生命的最初幾年里，大腦正在建立大量新連接，其發(fā)展速度很快，這就是為什么我們看到人類(lèi)的技能學(xué)習速度很快的原因。發(fā)展心理學(xué)家將這稱(chēng)為神經(jīng)可塑性的“關(guān)鍵時(shí)期”——大腦細胞之間建立新連接的能力。在那個(gè)關(guān)鍵時(shí)期之后，神經(jīng)可塑性并沒(méi)有消失，但正如新的數學(xué)模型所預測的那樣，新連接的構建速度顯著(zhù)減緩，非快速眼動(dòng)睡眠與快速眼動(dòng)睡眠的比例也在增加，這支持了非快速眼動(dòng)對大腦維持比神經(jīng)可塑性更重要的觀(guān)點(diǎn)。
薩維奇稱(chēng)，展望未來(lái)，研究人員計劃將該睡眠數學(xué)模型應用至其他動(dòng)物，觀(guān)察在動(dòng)物發(fā)育早期是否也會(huì )發(fā)生類(lèi)似的重構至修復的轉變。
研究報告第一作者、美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校信息、風(fēng)險和運營(yíng)管理系副教授曹俊宇（音譯）稱(chēng)，我們知道人類(lèi)大腦發(fā)育在出生之后是不同尋常的，因此可以想象這里描述的人類(lèi)相變可能比其他物種出現得更早，甚至這種變化是在出生之前。
就人類(lèi)睡眠而言，塔魯赫指出，在快速眼動(dòng)睡眠和非快速眼動(dòng)睡眠期間，腦電波活動(dòng)模式是不同的，考慮到快速眼動(dòng)時(shí)間的變化，未來(lái)的研究可能揭示特定的腦電波活動(dòng)是否會(huì )隨著(zhù)年齡增長(cháng)而塑造大腦。從理論上講，這些模式的中斷破壞可能會(huì )導致嬰兒和幼兒時(shí)期出現發(fā)育障礙，但這僅是一種假設。
