每天都要睡覺(jué)，但你知道我們是怎么從睡眠中醒來(lái)的嗎？

出品：科普中國(guó)

作者：錢(qián)昱（中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

睡覺(jué)可是終身大事，睡眠時(shí)長(zhǎng)約占我們?nèi)松?/3，它作為人類最重要的生命活動(dòng)之一，在認(rèn)知、免疫和身體健康各方面都有著關(guān)鍵作用。

但是你有沒(méi)有想過(guò)，我們?cè)缟鲜窃趺葱褋?lái)的？

今天就帶大家了解一下從睡眠中醒來(lái)的神經(jīng)機(jī)制。

睡覺(jué)

（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

看似睡了一覺(jué)，其實(shí)大腦很忙

如果要為睡眠要下一個(gè)定義的話，可以將其定義為一種自然的、反復(fù)出現(xiàn)的生理狀態(tài)，它表現(xiàn)為每天一定時(shí)間內(nèi)各種有意識(shí)主動(dòng)行為的消失，也是一種對(duì)外界環(huán)境刺激的反應(yīng)減弱的狀態(tài)。

根據(jù)睡眠的特點(diǎn)，我們可以將睡眠分兩種類型：快速眼動(dòng)睡眠（REM）和非快速眼動(dòng)睡眠（NREM）。

非快速眼動(dòng)睡眠可以被進(jìn)一步分為N1、N2和N3階段，其中，N1階段被認(rèn)為是清醒和睡眠之間的過(guò)渡階段。N2階段是輕度睡眠，貫穿整個(gè)睡眠期。在這一階段，人體會(huì)有肌肉松弛、心率減慢和體溫下降等變化。而N3階段就是深度睡眠階段，也可以稱為δ波或慢波睡眠，這主要發(fā)生在晚上睡眠時(shí)間中的前三分之一內(nèi)。此時(shí)大腦處于無(wú)意識(shí)狀態(tài)，倘若我們?cè)谏疃人唠A段被吵醒，我們很可能會(huì)在幾分鐘內(nèi)神志不清，甚至搞不清楚狀況。

隨著年齡增長(zhǎng)，非快速眼動(dòng)睡眠的比例會(huì)逐漸減少，這就是為什么老年人的睡眠時(shí)間通常更短，而且有時(shí)候半夜醒來(lái)后就變得清醒，再難入睡。

在每次非快速眼動(dòng)睡眠的N1—N3階段結(jié)束后，隨之而來(lái)的是一次快速眼動(dòng)睡眠。

快速眼動(dòng)睡眠狀態(tài)主要由交感神經(jīng)驅(qū)動(dòng)，包括快速眼動(dòng)、呼吸變異性和肌肉抽搐等生理特征，這也是我們做夢(mèng)發(fā)生的睡眠區(qū)間。由于一整晚的睡眠中會(huì)包含多個(gè)快速眼動(dòng)睡眠區(qū)間，所以我們會(huì)做多個(gè)夢(mèng)。

在快速眼動(dòng)睡眠期間，由于我們的睡眠比較淺，所以容易被周圍的聲音吵醒。而嬰兒的快速眼動(dòng)睡眠區(qū)間占比較高，因此小寶寶睡覺(jué)需要更安靜的環(huán)境，成人的快速眼動(dòng)睡眠區(qū)間占比則相對(duì)較少，因此對(duì)環(huán)境的要求會(huì)相對(duì)低一些。

在8小時(shí)的睡眠中，大腦進(jìn)入和退出快速眼動(dòng)睡眠期大約為4到5次。我們一定要經(jīng)過(guò)淺度睡眠才能進(jìn)入深度睡眠，有時(shí)睡了很久還睡不醒的原因就在于，我們一直在淺度睡眠狀態(tài)下徘徊，而深度睡眠才是恢復(fù)體力、精力和鞏固記憶力的關(guān)鍵階段。

睡眠的多種狀態(tài)

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[15]）

我們是怎么醒來(lái)的？

每個(gè)需要上學(xué)或上班的早上，溫暖舒適的被窩就是我們起床的枷鎖。

自然醒是最幸福的，但一般叫醒大家的都是刺耳的鬧鐘。

這種刺激被稱為外界強(qiáng)烈的信息輸入，人在睡眠時(shí)對(duì)外界的感知會(huì)降低，比如睡著時(shí)無(wú)法聽(tīng)見(jiàn)周圍人的悄悄話，但強(qiáng)烈的外界刺激依然能在各個(gè)睡眠階段中喚醒我們。

除了強(qiáng)烈刺激外，自然醒也是從睡眠中覺(jué)醒的另一種情況。

我們?yōu)槭裁磿?huì)自然醒呢？自然醒的原因可以歸結(jié)為兩點(diǎn)：其一是生物鐘的作用，其二是心中有“執(zhí)念”，當(dāng)我們睡覺(jué)前一直在想某件事情，比如周末早上要去一個(gè)你一直很想去的地方或見(jiàn)一個(gè)很想見(jiàn)的人（當(dāng)然“執(zhí)念”過(guò)度強(qiáng)烈可能會(huì)失眠）。

前者可能是由于大腦中負(fù)責(zé)生物節(jié)律的腦區(qū)（如下丘腦視交叉上核），在早上時(shí)激活大腦中的促覺(jué)醒環(huán)路，進(jìn)而促使我們自然醒來(lái)；后者則是由于一些負(fù)責(zé)更高級(jí)功能的腦區(qū)開(kāi)始工作，進(jìn)而促進(jìn)覺(jué)醒。

二者最后都會(huì)落腳到覺(jué)醒環(huán)路，那么覺(jué)醒的底層環(huán)路機(jī)制到底是什么呢？

覺(jué)醒環(huán)路起源于中腦室旁區(qū)域（paramedian region of the midbrain），隨后分支成兩個(gè)平行的環(huán)路：背側(cè)通路—投射到丘腦（thalamus），以及腹側(cè)通路—支配著下丘腦（hypothalamus）、基底前腦（basal forebrain）和皮層（cortex）。

背側(cè)通路能夠使丘腦處理與感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)反應(yīng)和認(rèn)知相關(guān)的信號(hào)，丘腦損傷的患者會(huì)處于清醒但無(wú)意識(shí)的植物人狀態(tài)。

相比之下，腹側(cè)通路損傷的患者往往難以保持清醒，睡眠時(shí)間超過(guò)普通人的時(shí)間。在丘腦旁正中區(qū)損傷的患者中也有總睡眠增加的報(bào)道。

正常的覺(jué)醒需要背側(cè)通路和腹側(cè)通路共同作用，意識(shí)內(nèi)容的產(chǎn)生需要依靠背側(cè)通路激活丘腦皮層產(chǎn)生的信號(hào)，而腹側(cè)通路對(duì)于覺(jué)醒的行為狀態(tài)是必不可少的，腹側(cè)通路損傷可能無(wú)法覺(jué)醒。

因此在大早上被鬧鐘叫醒后，大伙一段期間內(nèi)大腦一片空白，對(duì)很多事物不敏感，處于短暫的“宕機(jī)狀態(tài)”可能就是背側(cè)通路沒(méi)被完全激活的表現(xiàn)。

促覺(jué)醒環(huán)路

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[15]）

除了上述兩條平行的環(huán)路會(huì)促進(jìn)覺(jué)醒且在覺(jué)醒過(guò)程中扮演著不同的作用外，神經(jīng)調(diào)質(zhì)也在覺(jué)醒中扮演著重要的角色。如單胺能神經(jīng)元釋放的去甲腎上腺素（NE），以及多巴胺（DA）等，都是促覺(jué)醒環(huán)路的重要組成部分。

如何睡個(gè)好覺(jué)？

1.睡前可以適當(dāng)攝入一定蛋白質(zhì)，比如一杯熱牛奶助眠的生活常識(shí)想必大家都聽(tīng)過(guò)，其背后的助眠機(jī)制是高蛋白的飲食會(huì)促進(jìn)腸道細(xì)胞分泌一種叫作CCHa1的神經(jīng)肽，該神經(jīng)肽進(jìn)入大腦激活多巴胺能神經(jīng)元，促進(jìn)其釋放多巴胺，抑制睡眠覺(jué)醒，進(jìn)而提高睡眠質(zhì)量。

因此不僅睡前一杯熱牛奶助眠，飲食中適當(dāng)提高蛋白質(zhì)的含量也會(huì)睡更香，但要避免過(guò)于油膩或難消化的食物，起夜次數(shù)較多的朋友記得在睡前盡量少喝水哦。

高蛋白飲食促進(jìn)睡眠

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[16]）

2.可以在臨睡前半個(gè)小時(shí)內(nèi)洗個(gè)時(shí)長(zhǎng)小于20分鐘的熱水澡，幫助我們放松肌肉，提高身體的溫度。洗完澡后體溫下降，大腦褪黑素分泌量增加，就會(huì)感到疲倦，更有利于入睡。

3.固定起床和上床時(shí)間來(lái)固定穩(wěn)定的睡眠周期，沒(méi)入睡也不用焦慮，放松心情，太過(guò)關(guān)注睡眠本身而感到緊張效果會(huì)適得其反，更不利于你睡覺(jué)。

4.睡覺(jué)前關(guān)窗簾，起床時(shí)打開(kāi)，控制臥室的光線強(qiáng)度有利于穩(wěn)定視交叉上核和松果體的節(jié)律信號(hào)，臥室溫度保持適宜且盡量減少聲音干擾。

另外，周末不要睡懶覺(jué)哦！

參考文獻(xiàn)：

[1]Herculano-Houzel S. Neuroscience. Sleep it out. Science. 2013;342(6156):316-317. doi:10.1126/science.1245798

[2]Tsoukalas I. The origin of REM sleep: A hypothesis. Dreaming. 2012; 22:253–83.10.1037/

a0030790

[3]Hirshkowitz M. Normal human sleep: an overview. Med Clin North Am. 2004;88(3):551-vii. doi:10.1016/j.mcna.2004.01.001

[4]Murphy PJ, Campbell SS. Nighttime drop in body temperature: a physiological trigger for sleep onset?. Sleep. 1997;20(7):505-511. doi:10.1093/sleep/20.7.505

[5]Giber K, Diana MA, Plattner V, et al. A subcortical inhibitory signal for behavioral arrest in the thalamus. Nat Neurosci. 2015;18(4):562-568. doi:10.1038/nn.3951

[6]Lewis LD, Voigts J, Flores FJ, et al. Thalamic reticular nucleus induces fast and local modulation of arousal state. Elife. 2015;4:e08760. Published 2015 Oct 13. doi:10.7554/eLife.08760

[7]Posner, J., Saper, C., Schiff, N., and Plum, F. (2007). Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma (New York: Oxford University Press).

[8]Fuller, P.M., Sherman, D., Pedersen, N.P., Saper, C.B., and Lu, J. (2011). Reassessment of the structural basis of the ascending arousal system. J. Comp. Neurol. 519, 933–956

[9]Ranson, S. (1939). Somnolence caused by hypothalamic lesions in the monkey. Arch. Neurol. Psychiatry 41, 1–23.

[10]Bassetti C, Mathis J, Gugger M, Lovblad KO, Hess CW. Hypersomnia following paramedian thalamic stroke: a report of 12 patients. Ann Neurol. 1996;39(4):471-480. doi:10.1002/ana.410390409

[11]Gompf HS, Mathai C, Fuller PM, et al. Locus ceruleus and anterior cingulate cortex sustain wakefulness in a novel environment. J Neurosci. 2010;30(43):14543-14551. doi:10.1523/JNEUROSCI.3037-10.2010

[12]Carter ME, Brill J, Bonnavion P, Huguenard JR, Huerta R, de Lecea L. Mechanism for Hypocretin-mediated sleep-to-wake transitions. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012;109(39):E2635-E2644. doi:10.1073/pnas.1202526109

[13]Ferris MJ, Espa?a RA, Locke JL, et al. Dopamine transporters govern diurnal variation in extracellular dopamine tone. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014;111(26):E2751-E2759. doi:10.1073/pnas.1407935111

[14]Weissbourd B, Ren J, DeLoach KE, Guenthner CJ, Miyamichi K, Luo L. Presynaptic partners of dorsal raphe serotonergic and GABAergic neurons. Neuron. 2014;83(3):645-662. doi:10.1016/j.neuron.2014.06.024

[15]Scammell TE, Arrigoni E, Lipton JO. Neural Circuitry of Wakefulness and Sleep. Neuron. 2017;93(4):747-765. doi:10.1016/j.neuron.2017.01.014

[16]Titos I, Juginovi? A, Vaccaro A, et al. A gut-secreted peptide suppresses arousability from sleep [published correction appears in Cell. 2023 May 11;186(10):2273-2274]. Cell. 2023;186(7):1382-1397.e21. doi:10.1016/j.cell.2023.02.022