睡眠与大脑

我们都知道漫长的一天过后我们的感受。我们的肌肉疲惫不堪，双腿沉重，眼皮快要合上了。虽然睡眠似乎起源于身体，但大脑控制着睡眠的各个方面，从睡意到做梦再到醒来。

每一个生命体，从最小的到最大的，都需要睡眠。睡眠是一个复杂的过程，包括光和暗信号、特殊基因、一系列神经递质和激素．我们不是简单地“睡着”;我们的大脑以复杂的精确协调这种意识改变的状态。

注:Sleepopolis的内容本质上是提供信息的，但它不应该取代训练有素的专业人士的医疗建议和监督。如果你觉得自己可能患有睡眠障碍或疾病，请立即就医。

睡眠从何开始:昼夜节律

睡眠的过程始于昼夜节律生物钟是一种位于大脑和全身器官和肌肉组织中的生物钟系统。每个时钟由专门的起搏器细胞组成，以24小时为一个周期。

主时钟被称为视交叉上核(SCN)，包含大约2万个神经细胞，位于大脑的下丘脑区域。SCN的功能是保持时间和调节睡眠的内置机制。（1)起搏器细胞内的基因被设计成利用化学信号、日光和黑暗的线索以及其他环境指标(如压力和用餐时间)来控制睡眠和醒来。（2）

除了睡眠，昼夜节律还影响其他关键的身体过程，比如：

• 新陈代谢
• 心率
• 核心体温
• 血压
• 某些激素的水平

视神经中的某些细胞负责向大脑发送光和暗的信号．这有助于向昼夜节律发出信号，激活神经递质，让我们感到警觉或困倦。每个人的昼夜节律是由环境线索、遗传易感性、体内化学物质释放和生活方式选择(如工作和旅行计划)共同决定的。

腺苷的作用

腺苷存在于人体的每个细胞中，有许多重要的功能，包括扩张血管和调节心律。腺苷是一种相关分子ATP降解的副产物，ATP在细胞内储存和运输能量。（3.）

在一天的过程中，ATP释放能量，腺苷水平在大脑中与感觉警觉相关的部分积聚。这导致负责清醒的神经递质最终“关闭”，并增加了睡觉的动力。

促进睡眠的褪黑激素也可以帮助增加腺苷的水平。这些激素和神经递质与昼夜节律和明暗信号协同工作，降低警觉性，使人产生睡意。（4）睡眠会迅速降低腺苷的水平，随着早晨的到来，光线信号到达大脑，人的警觉性会逐渐提高．

食欲素:大脑的睡眠开关

食欲素是一种神经肽，一种神经元用来交流的分子。食欲素也被称为下丘脑泌素，由下丘脑产生，有助于调节食欲、觉醒和清醒。觉醒指的是清醒和有意识的状态，感觉器官能够感知外部刺激。为了确定一个生物体应该是睡着还是醒着，食欲素系统利用代谢和昼夜节律的信息，以及睡眠债的影响。

食欲素通过激活对清醒有重要影响的大脑化学物质，如多巴胺和组胺，来促进清醒状态。食欲素分子的丢失似乎在嗜睡症中起作用，而嗜睡症最近被确定为一种自身免疫性疾病。身体会把促食素分子误认为入侵者并攻击它们，这一破坏性过程通常始于病毒性疾病之后的儿童或青少年时期。

睡眠如何影响大脑

即使在慢波睡眠的最深层阶段，大脑也不会关闭或进入休眠状态。虽然在睡眠中，大脑的某些部分会在不同的时间休息，但在这四种时间里，大脑都是活跃的睡眠阶段．大脑的一些夜间活动包括自我清理、处理情绪和巩固记忆．

管家

在被称为N3的睡眠第三阶段，被称为神经胶质细胞的白质细胞扩张和收缩，使脑脊液进入大脑的通道。这种液体可以洗掉有毒蛋白质和其他代谢废物，包括与痴呆症相关的物质，如淀粉样蛋白和tau蛋白。（5）

神经胶质细胞被称为神经系统的“粘合剂”，其数量超过大脑中所有其他类型的细胞。充足的睡眠可以给神经胶质细胞足够的时间清除清醒时收集的碎片，从而帮助降低神经退行性疾病的风险。长期缺乏睡眠可能会让这些碎片堆积在一起，增加患阿尔茨海默病等不可治愈的脑部疾病的风险。（6）

最近的研究表明，这种“大脑管家”在睡眠不足的情况下也可以继续，但更有可能出现故障。在对睡眠不足的老鼠的研究中，大脑的清洁过程并没有停止，而是清除了部分活的神经组织，而不是毒素和其他破坏性碎片。（7）

清除大脑和身体碎片的过程被称为吞噬作用。在吞噬过程中，细胞用它的质膜包围一个颗粒，把它围在一个叫做液泡的小口袋里。当细胞消耗并破坏有害物质(如细菌)时，吞噬作用是健康的，但当吞噬作用因睡眠不足而失效，并消耗必要的神经细胞时，它可能被描述为大脑吞噬自己。

虽然对小鼠大脑的研究还没有在人类身上得到复制，但人们知道，睡眠不足会导致与痴呆症相关的有毒蛋白质过量积聚。

情感处理

最近的研究表明，睡眠有助于大脑处理、调节和记忆情绪和情感体验。睡眠不足会损害记忆测试的表现，增加杏仁核的激活，杏仁核是大脑中与恐惧和其他防御反应等原始情绪相关的区域。（8）

其他研究表明，睡眠不足时，大脑对所有刺激的反应都更消极，会增加悲伤、抑郁和易怒的感觉。睡眠似乎对情绪反应和控制情绪反应的能力有着重要的影响。睡眠不足也会导致重复的消极思维，让那些睡眠不足的人更难转变成积极的心态。（9）

对志愿者的核磁共振成像显示，充足的睡眠有助于减少与令人不安的图像相关的情绪反应和记忆。研究对象在观看电影期间睡了一觉，在成像上表现出更少的情绪压力，而那些没有睡觉的人在大脑的压力敏感区域表现出更高水平的活动。（10）

睡眠可能有助于处理情绪，因为大脑中没有神经递质去甲肾上腺素快速眼动睡眠．在快速眼动期间，生动的梦境发生，去甲肾上腺素在24小时睡眠-觉醒周期中处于最低点。去甲肾上腺素与压力和情绪反应有关，高水平的去甲肾上腺素可能预示着情绪障碍，如抑郁症或创伤后应激障碍。

记忆的巩固

睡眠似乎在学习和记忆巩固以及情绪处理方面起着重要作用。（11在醒着的时候，多个神经元同时放电，使大脑注意到某些人、事件或刺激。一辆经过的汽车不会让神经元兴奋，而与老朋友偶遇则会。这些值得注意的清醒经历加入了睡眠期间记忆巩固的队列。

在睡眠在一个没有竞争刺激或清醒意识的环境中，大脑选择某些经验并稳定它们，将它们锁定在记忆中。（12）

研究表明，在经历了新奇的经历或需要记忆或理解复杂概念的经历后，快速眼动睡眠期间的大脑活动显著增加。（13近几十年来，快速眼动睡眠在记忆处理和巩固中的作用一直存在争议。曾经有理论认为，快速眼动睡眠在巩固记忆方面的唯一作用是提供一个无意识的环境，防止夜间经历覆盖清醒时发生的经历。（14）

睡眠科学家现在知道，睡眠时大脑中的神经化学状况对记忆的处理很重要。总的来说，睡眠的一部分功能似乎是巩固记忆，以及选择经历的重要方面，以供日后回忆。

Sleepopolis的最后一句话

大脑是睡眠的引擎。从昼夜节律的主时钟到神经递质的定时释放，睡眠是遗传和环境因素的复杂相互作用。

从果蝇到鲸鱼，睡眠对所有生物都是必不可少的。虽然睡眠是个体的，但这个过程是普遍的。睡眠可以保护和再生身体，让我们处理情绪和记忆，使我们成为人。

参考文献

1. 威尔士DK，高桥JS，凯萨。，Suprachiasmatic Nucleus: Cell Autonomy and Network Properties,生理学年度评论,2010年
2. 伊布，罗素·N·范·盖尔德《主时钟的制造》洞察力， 2014年8月20日
3. ·雅各布森,腺苷,神经科学百科全书, 2009年
4. Vacas MI, Sarmiento MI, Pereyra EN, Cardinali DP。，Effect of adenosine on melatonin and norepinephrine release in rat pineal explants,生理与药理学报拉丁美洲:organo de la Asociación拉丁美洲报Ciencias Fisiológicas y de la Asociación拉丁美洲报de Farmacología，1989
5. 弗兰克毫克。，The Role of Glia in Sleep Regulation and Function,实验药理学手册, 1月28日。2018
6. 神经胶质细胞-阿尔茨海默病的关键因素，目前老年痴呆症研究,2016年
7. 睡眠不足促进小鼠大脑皮层星形细胞吞噬和小胶质细胞激活，神经科学杂志，我的24岁，2017
8. Tempesta D, Socci V, De Gennaro L, Ferrara M，睡眠和情绪处理，睡眠医学评论》， 2017年12月22日
9. Jacob A Nota，睡眠中断与患者难以将注意力从负面情绪图像中分离有关，行为治疗与实验精神病学杂志，2018年3月
10. 沃克议员，范德赫尔姆E，夜间治疗?睡眠在情绪大脑处理中的作用，心理上的公告2009年9月。
11. 菲利普请来,在慢波睡眠中，人类海马体的空间记忆增强了吗?神经元， 2004年10月28日
12. Boyce R, Williams S, Adamantidis A, REM睡眠和记忆，神经生物学最新观点2017年6月,
13. Adrien Peyrache，在睡眠时在前额叶皮层重放与规则学习相关的神经模式，自然神经科学, 2009年
14. 《睡眠在记忆中的作用》，生理上的评论2013年4月