睡得好，記得清楚 /John Medina/生物分子學研究顧問

　1965年，一個十七歲的高中生蘭迪‧嘉納(Randy Gardner)突發奇想，他要以十一天不睡覺做為高中科學展覽的題目。他希望這樣的犧牲能在科展上拿個A，可能遇見一些世界級的科學家，還可以在金氏世界紀錄(Guinness Book of World Records)留名。他沒有想到自己真的做到了，在科展拿到了A，被列入金氏世界紀錄，還見到了科學家狄曼(William Dement)，狄曼親自來研究他十一天不睡的心智情況。

　嘉納的心智在幾天不睡以後就發生功能障礙了，他變得易怒、健忘、反胃，而且非常的疲倦。五天不睡以後，他開始出現阿滋海默症的症狀，他失去方向感、出現幻覺，而且有妄想症的現象。他以為當地收音機節目的主持人要加害他，在最後的四天，他失去了運動功能，他的手指顫抖、口齒不清，很奇怪的是，在最後一天，他還是能夠在「彈珠台」遊戲上贏過狄曼，維持一百次的連勝紀錄。

　有些不幸的人是突然不能睡覺了，而且是永久性的不能入眠，這是基因上的毛病，會致命，幸好發病率很低，全世界大約隻有二十個家庭有此不幸的疾病。發病期大約在中年，病人先是發熱、發抖、大量流汗，當失眠變成永久性時，病人會有不可控製的肌肉抽搐。很快病人就有嚴重的憂鬱症和焦慮症，進入精神疾病的煉獄，最後，病人失去意識而死亡。

　因此，我們可以知道如果不能睡覺會有不好的事情發生。睡眠佔去人生三分之一的時間，所以我們對睡眠的知識這麼少簡直不可思議，到現在我們仍然不知道為什麼要睡覺。不過，我們也不是一點線索也沒有，十年前，一群研究者在老鼠的大腦上插了很多探針，接上了很多條電線，這隻老鼠在跑完迷宮後，決定去睡個午覺，於是儀器記錄下了這隻老鼠在睡覺時發生的事。但是在了解這些紀錄跟睡覺目的的關係前，我們先來看一下在我們睡覺時，大腦在做什麼。

　你說這叫休息？

　假如你有機會收聽到一個活人的大腦在睡覺時幹了些什麼，你會完全推翻你過去對睡覺的想法。我們在睡覺時，大腦不但不是在休息，它還工作得更辛苦：神經元送出各種電流訊號，彼此交談，在睡眠時，呈現出更多的韻律活動，事實上，比清醒時活動得還厲害。你唯一可以看到大腦真正休息是在「非快速動眼睡眠」(non-REM sleep)的時候，這個時候大腦能量的消耗少於相似的清醒時段，但是非動眼睡眠隻佔整個睡眠週期的五分之一。這個發現讓早期的研究者開始矯正他們過去以為睡覺是大腦要休息的錯誤觀念，其實我們在睡覺時，大腦並沒有在休息。

　即便如此，人們還是覺得睡眠是一種很好的恢復體力的方式，他們指出，假如晚上睡不好，第二天頭腦不清楚。這倒是真的，我們馬上會看到原因。但是仔細想一下，大腦在你睡覺時用掉了那麼多的能源，你怎麼可能覺得心智休息了，體力恢復了呢？

　即使大腦不聽話，不顧生物能量學(bioenergetics)的原則，其他身體器官在睡覺時還是休息的，像人類版的微型冬眠(micro-hibernation)。這就引出第二個迷惑：睡眠使我們極容易受到獵食者的傷害。的確，在沒有屏障的非洲大草原上睡覺，到處都是有敵意的獵食者(例如我們在演化上的東非室友，豹)，睡眠聽起來像是敵人替我們想出的主意。所以假如我們寧願冒這麼大的險也要睡覺，睡覺一定有它可取的地方，那麼究竟是什麼這麼重要呢？

　研究嘉納的那位科學家在早期曾經對這個問題的答案做了一番貢獻，狄曼被人稱為睡眠研究之父。他有一頭的白髮，友善的笑容，在我寫這本書時，已經快八十歲了。他曾說過：「作夢使我們每一個人在一生中的每個夜晚，都可以安靜的、安全的發瘋。」

　狄曼研究人類睡眠週期的各個層麵，他發現睡眠中的大腦就好像戰場上的士兵一樣，被困在一場兇惡的、生物上的戰鬥中。這個衝突牽涉到兩個強有力的對立驅力，兩者都是由大腦細胞和生化物質所組成，兩方都有自己的主意。雖然它們都住在大腦中，但是戰區是在身體的各個角落。這場戰爭被稱為「對立歷程」(opponent process)模式。

　在狄曼界定這兩個對立的驅力時，他發現了幾個很奇怪的現象。第一，這兩股力量並不是隻有在睡眠時才對立較量，在白天清醒時也是如此。第二，它們的戰爭沒有絕對輸贏而是輪流輸贏，今天贏的人輪到下次輸，下次輸的人再下次又贏，這個輸贏的週期每日每夜在上演。第三個奇怪的是沒有任何一方敢說它們是最後的贏家。

　狄曼不是唯一研究睡眠的人，他的老師克萊特曼(Nathaniel Kleitman)，一位才華洋溢的科學家，給了他很多研究上的點子。假如狄曼被稱為睡眠研究之父的話，那麼克萊特曼就是睡眠研究的祖父了。克萊特曼是個有著濃密眉毛的俄國人，不但自己以身作則去做實驗的受試者，連女兒也接受研究。當他的同事發現快速動眼睡眠(Rapid Eye Movement sleep, REM sleep)時，克萊特曼馬上自願讓他女兒去做受試者，而她也不負父望的證實了快速動眼睡眠的確存在。但是克萊特曼最有興趣的實驗，是在1938年，他說服了一位同事陪他一起去肯塔基州的猛洞(Mammoth Cave)中，在四十六公尺深的地下過了整整一個月。(譯注：克萊特曼是芝加哥大學的教授，最早把腦波儀〔EEG〕用在大腦的研究上，為睡眠研究打開了一扇可以用儀器做實驗的門，也奠下了研究根基。不然早期的睡眠研究就是佛洛依德的「夢的解析」，沒有科學的根據，也因此一直無法進展。睡眠研究在最近十年進步最快，因為透過腦造影儀器如核磁共振造影〔MRI〕可以在活人大腦上，看到人作夢時的大腦區域活化情形，作者才有數據說睡眠時大腦活化比清醒時還厲害。)

　克萊特曼在地底下生活，完全沒有陽光和日常作息表，他想知道我們清醒和睡眠的週期循環是自動產生的嗎？還是受到外界環境日出日落的影響？他發現這兩個答案都是對的，不過這個實驗證明了第一個說法，在我們的身體中有個自動化的週期控製器。因為他在地洞中，完全沒有日出日落，仍然有清醒和睡眠的循環。我們現在知道身體有生理時鐘，受到上視叉神經核(supra-chiasmatic nucleus)的控製，這個神經核在視叉(譯注：視叉為左右視神經交叉處)的上方，屬於下視丘(hypothalamus)的一部分，它負責調節我們醒和睡的韻律。但是我們並沒有把這個像脈搏般的韻律當成善意的手錶看待，我們把它當成暴力的戰爭。克萊特曼和狄曼最大的貢獻之一，就是讓我們看到這個幾乎是自動化的韻律會發生，主要是兩股相對力量不斷衝突的結果。

　知道這個力量是大腦內在控製的，我們就可以進一步去探索了。我們從名字開始，一支軍隊是由神經元、荷爾蒙和各種其他的化學物質所組成，它們盡力使我們清醒，這支軍隊叫做節律喚醒係統(circadian arousal system, process C，又稱為C處理歷程)。假如這支軍隊贏的話，它會使你永遠都清醒著。幸運的是，它的對手跟它不分軒輊，也是由大腦細胞、荷爾蒙及各種化學物質所組成，也盡其所能使我們睡覺，它被稱為恆定睡眠係統(homeostatic sleep system, process S，又稱為S處理歷程)。假如它大獲全勝的話，你就會長眠不起了。

　這是一個很奇怪、甚至是矛盾的戰爭。若是一方比較佔優勢，它下一次就可能輸。有點像一支軍隊因為贏而太過疲倦，隻好搖白旗暫時投降。的確，你清醒的時間越久(C處理歷程在你頭上搖勝利的大旗，跳勝利的舞)，下次C輸掉的機會就越大，你就去睡了。對一般人來說，大約在清醒了十六小時之後會去睡，就算你是住在洞穴中也是如此。

　同樣的，你睡得越久(現在是S處理歷程勝利了，輪到它在你頭上跳勝利之舞)，下次它輸掉的機率就變大了，這時你就會清醒。對一般人來說，睡眠的時間大約是清醒的一半，八個小時左右，這個情形即使是住在洞穴中也是一樣的。

　除了不幸的二十戶左右的家庭之外，克萊特曼、狄曼跟很多其他的研究者都讓我們看到這種動態的緊張是正常的，甚至是日常生活重要的一環。事實上，節律喚醒係統和恆定睡眠驅力每天角力的輸贏是如此具可預測性，你可以畫出曲線美麗的圖表來。用正式的語氣說，S處理歷程維持著睡眠的長度和強度，而C處理歷程決定想不想睡和什麼時候去睡。

　但是這兩支軍隊的戰爭並不是沒有人監督的，內在和外在的力量共同調節這個衝突，界定我們需要的睡眠時間及我們實際睡多少。(本文摘自《大腦當家-靈活用腦12守則，學習工作更上層樓》，遠流出版，2009年1月)