财新传媒
位置:博客 > 知识分子 > 睡眠,谷爱凌的秘密武器

睡眠,谷爱凌的秘密武器

睡好觉除了对世界冠军重要,对普通人也很重要| 图源:pixabay.com

导  读

在学习外语、弹琴、滑雪等任务中,内隐记忆占主要的成分,这些学习经常会导致做梦,也就是快速动眼睡眠的时间增加,而训练之后睡足一夜,第二天经常会感觉出现了很大的进步。

 

撰文 | 吴建永

 

可以说,谷爱凌是位优秀的 “睡眠大使”。她的一句 “我的秘密武器是每天晚上睡足十个小时”,点醒了亿万国人。睡足确实是人生成功的秘籍, 虽然每个人睡足的标准可以是六个小时或者是十个小时,但睡眠不足是不可能成功的。

 

无数研究证明,睡眠不足几乎是万病之源,心血管病、癌症、糖尿病、早逝、自身免疫、精神疾病、阿尔茨海默症……. 许多吓人的疾病都与睡眠不足有很大关系。只要一夜不眠,第二天就会出现血糖增高的亚糖尿病症状和血压升高,压力激素升高等亚健康状态,而一夜不眠留下的生理变化在七天的充足休息后也很难完全去除。
 

然而,现代社会灯火辉煌,打乱了人类几十万年形成的 “日出而做,日落而息” 的生理规律。人在江湖身不由己,睡眠不足成了现代社会的普遍现象,影响了世界近三分之一人口的健康。按最近的一项研究估计,全美国与睡眠紊乱相关的医疗费用每年高达九百五十亿美元。所以谷爱凌的话如果有十分之一的人听进去了,也能节约每年亿元以上的保健资源。

 

劝人安眠的文章很多,故此文主要讲谷爱凌的另一句话 “在睡眠中复习”。复习从字面上讲就是把学过的东西再学一遍,那么在睡眠中也能把学习过的东西再捋一遍吗?

 

答案是肯定的。
 

人的经历,无论是读几页书,还是逛逛商场,其实都是脑子里上亿神经细胞的大合唱。有神经细胞合唱就是有经历过,没合唱就是没经历到(我思故我在)。人在经历的当时神经细胞合唱一遍,在复习的时候神经细胞又唱一遍,多唱几次后就产生了记忆的痕迹,之后只要有点提示,脑子里就能自动唱出整个一首歌。这一过程就是日常生活中所说的 “记住了”。
 

那么,睡眠的时候神经细胞是否也能把白天的经历再合唱一遍呢?几十年来很多神经科学研究发现,睡眠的时候神经细胞不但在反复吟唱白天经历的片段,而且会把不太清楚的地方捋顺,最后存储成长期记忆。因此如果一夜睡眠不好,对前一天的经历的记忆就比较浅且紊乱。日常经验中睡不好觉记忆就差,与神经科学的研究结果完全是吻合的——睡眠绝对是复习的重要一环。

 

1、三种类型的记忆

按研究生通识课的水平,记忆按其性质可分成外显(explicit),内隐(implicit)和工作(working)记忆三类。另外,记忆还可以按时程分成长期记忆,短期记忆和超短期记忆。
 

您不必被这些文绉绉的说法吓唬住,其实外显记忆指能够用语言表达出来的记忆,包括 “经历” 和 “知识” 两大类。内隐记忆指说不出来的记忆,比如您的口音、步态、滑雪的1620、电玩的级别等等。


举个例子:比如您和朋友聊起去年去北大听过的一次投资讲座,这件去年的事能讲出来,就属于外显记忆。您在讲述的时候脑子里亿万神经细胞大合唱,和经历当时的合唱神似。其中美丽的湖边垂柳,塔影倒映和雄伟的图书馆(一塔湖图),这些印象属于外显记忆中的经历;而讲座里关于K线、股市走向等内容,就属知识。而内隐记忆呢?如演讲者的一辈子乡音未改就是内隐记忆的标志。同时在他/她一次次演讲过程中,用词的顺序逐渐形成习惯,这也属于内隐记忆。

图1 记忆的分类  听众关于一个讲座记忆属于外显记忆,包括经历和知识两部分,演讲者的姿势和口音来自于他的内隐记忆。图为诺贝尔奖获得者野依良治在一所高校的科普报告。

 

那么工作记忆是什么?工作记忆属于只维持几秒时间的短期记忆,相对而言内隐记忆和外显记忆都是长期的。
 

比如,您去北大听讲座的时候,门口保安说 “扫码机坏了,您把邀请信二维码下面的数字读给我”。这时您看了一眼,把数字报上,这个从看一眼数字到报给保安之间几秒时间的记忆就是工作记忆。然后您进门后走了几步就把这些数字就全忘了,因为报数字是个临时任务,只存储在您的工作记忆里而没有向长期记忆转移。
 

当然,工作记忆是形成长期记忆的第一步,没有工作记忆就没有活在当下,也就没有之后形成的长期记忆。当您第一次看到自己的身份证号码时也是工作记忆,但之后您能顺畅背出这个号码,是因为您的身份证号码的信息从工作记忆中转存到外显记忆,得到了长期保存。
 

图2 测量工作记忆的实验   让猩猩看屏幕上一闪而过的九个数字,之后屏幕熄灭,要凭记忆按顺序点出1-9数字的位置。没经过训练的人一班只能做对5-7个数字,表现不如猩猩。

 

在大脑中三类记忆储存的地方是不一样的。通过观察不同脑区受到损害的患者,就能看出不同类型记忆的区别。
 

比如,一个中风患者的外显记忆的形成受到严重损害,他昨天见过自己的医生,但今天再见完全不认识,昨天聊过什么也完全没印象;昨天他打了个电玩,到了今天完全想不起来玩过。但是,患者的工作记忆是完好的,而中风以前获得的内隐记忆也可以正常回忆出来,因此他和医生一句接一句聊天没问题,打个游戏只要没间断也能继续。由于新的外显记忆不能形成但形成内隐记忆的能力正常,打游戏久了就会产生一个怪现象:如果每天让他玩同一个游戏,患者的技术会不断地提高,因为技术学习属于内隐记忆。但直到他成了过关打怪的大师,他还会说从来没见过这个游戏。
 

有些细心的读者会问 “肌肉记忆是怎么回事?” 其实,俗语说的肌肉记忆是动作的程序,它并不存在于肌肉里,而是存在于大脑中的内隐记忆。那有没有真正的记在肌肉里的记忆?有啊。比如您去健身房撸了两个月铁,身上好多块肌肉都会留下记忆——胳膊变粗了,腹部出现六块瓦。很多电影故事里的主人公失去了外显记忆,复盘过去经历的时候就需要靠身上的肌肉,皮肤上的刺青等等线索,所以经历在身体上刻画出的痕迹,包括吸烟造成的肺损伤,得病产生的免疫力,也都算是广义的记忆。

 

2、三种类型的睡眠
 

人的睡眠不简单,可以分成浅睡,深睡和梦境等三种类型。这样的分类是一种通俗的说法。在研究生通识课里,睡眠的类型是根据脑电波来划分的。脑电波就是脑中亿万个神经细胞大合唱时产生的电信号。在清醒时不想事情,闭上眼的时候脑电会出现一种每秒波动十次左右的电波,代号为 “阿尔法波”。睁眼想事时呢?阿尔法波会消失,脑电波变小变快,每秒波动二十次到四十次,分别称为 “贝塔波” 和 “伽玛波”。
 

进入睡眠后,人的脑波会明显变慢,波动幅度变高。开始闭眼未睡的时候是阿尔法波,从清醒进入浅睡时,阿尔法波逐渐消失,代以之每秒4-7次的大波动,称为 “西塔波”。从浅睡进入深睡时,脑电进一步变慢幅度变高,变成每秒一次的大波动,称为 “德尔塔波”。按此规律,脑电变慢幅度变高,是睡眠由浅入深的主要标志。
 

利用脑电对睡眠的阶段分期比通俗的分类更详细一点。因为在浅睡不断加深的过程中,还有一种脑电成分,叫 “纺锤波与K组合”。这种脑电出现于浅睡和深睡的交界,因此学术上把没有纺锤/K波的浅睡叫 “睡眠一期”,纺锤/K波不断出现的时期叫 “睡眠二期”, 而纺锤波逐渐消失,以德尔塔波为主的时期称为睡眠第三期,就是俗称的深睡期,也叫 “慢波睡眠” 期。
 

那么做梦时的脑电是什么特征呢?梦境时的脑电与清醒类似,属于波动小而快的伽玛波。做梦的时候人有思想,所以出现清醒的脑电并不奇怪。但是梦境与清醒有很多不同,首先是眼睛不自觉地频繁转动,所以梦境也称为 “快速动眼睡眠”。其次是身体肌肉的高度放松,这是区别清醒和睡眠状态的一个明显标志。我们的日常经验也是人在浅睡的时候可以站着坐着,但是睡眠一深,身体姿势就不能维持了。

 

图3 脑电波的特征与利用脑电对睡眠的分类。
 

由于高度肌肉放松也是深睡的主要标志,因此智能手表把几乎没有肌肉张力的梦境也称作深睡。如此,俗语中浅睡,深睡和梦境的分类,与智能手表根据身体微小运动定义的浅睡(睡眠一期二期)和深睡(慢波睡眠三期和梦境),就有了矛盾。因此业内按照脑电把睡眠分成 “快速动眼睡眠”(REM)和 “非快速动眼睡眠”(NREM)两类。梦境多半出现于快速动眼睡眠,快速动眼睡眠之后经常紧接着是清醒,因此按脑电分类经常把梦境规划到浅睡。图4列出不同分类的各种名词。
 

大脑犹如大城市。在一个城市,办公楼进入睡眠而酒吧还热闹是常有的。类似的,一个脑区处于浅睡另一个脑区进入深睡也并不奇怪。脑电是对全脑情况的综合,对睡眠的分期是相对的,比如阿尔法减少叫一期,纺锤波多见叫二期,而德尔塔多于西塔叫三期等等。

 

图4 睡眠的分类 左边为脑电分类,右边为俗语分类。注意俗语中的深睡与脑电分类的慢波睡眠是吻合的。智能手表通过运动测量睡眠深度,经常把没有肌肉张力的梦境分类成深睡眠。

 

脑电分期的重要性,在于发现是否有哪期睡眠经常处于短缺的情况,这些不同类的睡眠,对于记忆来讲都很重要。

 

3、睡眠不能零售 

研究发现,每夜一次睡足八小时的效果,远比每天零星多次小睡,凑够八小时要好。这是因为睡眠是个循序渐进的完整过程,从清醒进入浅睡,再从浅睡到深睡,从深睡进入梦境,这个过程称为一个睡眠周期,走完一个睡眠周期需要90分钟左右,一夜充足的睡眠需要经历3至4个睡眠周期(图4)。如果经常利用短时间小睡代替夜间的正常睡眠周期,大脑就没有充足的时间走完从浅睡到深睡再到梦境的过程。这对健康是有害的。

 

因为人对快速动眼睡眠是个刚需,当睡眠时间不够时首先要满足快速动眼睡眠的需要。也就是需要牺牲以德尔塔波定义的深睡眠。日常生活中,睡眠不足的警报就是白天一安静下来很容易睡着,而一睡着马上就会做梦,说明大脑为了补充快速动眼睡眠的刚需,把其它睡眠期缩短了,而牺牲最大的就是慢波睡眠。

 

牺牲慢波睡眠会有什么危害呢?

 

4、外显记忆与睡眠 

有句绕口令说,“不同类型的睡眠对不同类型的记忆有着不同类型的影响”。下面分别讲一下绕口令中提到的不同是怎样的不同。

 

外显记忆有获得、巩固和回忆等几个环节,每个环节都与睡眠有很强的关系。比如,外显记忆的获得发生在人清醒的阶段,睡眠不好的人注意力和专注力都会减弱,同时心情也变得不稳定,缺少耐心。这样就导致人的意识不能深入当时经历的事件。对事情印象浅,参与差,自然会导致记忆粗略且苍白。同样,睡眠不足对回忆已经存在的记忆也会发生困难。


 

几十年来,有大量研究集中在外显记忆的形成和巩固(consolidation)过程。外显记忆的形成就像排演一部合唱,需要先大体唱下来,再反复排练充实细节和最后定稿等过程。在经历发生的当时,由五官和有关的感觉脑区把经历过程复现成神经电码。这些神经电码此起彼伏,相互共鸣,在脑中形成一个大合唱。但是要在神经电码消失之后几天、几年后,重新复制出这个合唱,就需要在经历的同时构筑一个相对简单抽象的乐谱,把关键的信息记录下来,以便以后利用乐谱的信息重新复制出合唱。这个乐谱的构筑,就发生在脑皮层下面一个叫 “海马” 的脑结构(图5)。 

图5 海马(蓝色)在人类大脑中的位置。图中左为大脑的前部,右为后部。

 

海马把眼睛看到的风景,身体面对的方向,脚下行走的距离等等关键信息,收集在一起,构建成由一串串神经电码写成的乐谱。但是,海马只是个比手指大不了多少的结构,只有储存当天经历的容量,因此就需要一个把当天记忆从海马转移到大脑皮层进行永久储存的过程。
 

此过程发生在当天经历之后的睡眠中,主要是在慢波睡眠(第二期和第三期)中出现。在慢波睡眠中,海马像心脏一样自发地 “跳动”,每秒跳一到两次。这里的 “跳动” 不是指像心脏那样收缩,而是海马中亿万个神经细胞约好,大家一起唱出一小段神经电码。不同神经细胞唱出的电码相互关联,复现出白天经历过的一个小片段。这些神经电码和大脑感觉皮层互相呼应,复现出白天经历中的一个个小小的瞬间。这些经历的瞬间在睡眠中反复出现,勾勒细节,缝合完整,并把定稿存储在大脑皮层相关的区域里。

 

可以想象,在慢波睡眠的几个小时中,千千万万个小小的记忆片段不断地从海马中产生,并通过与脑皮层有关细胞的共鸣存储在皮层里。这里需要指明,慢波睡眠不是梦境,而慢波睡眠中对白天经验的重现也不是小片段的梦境,而是在完全无意识的状态下进行的。

 

5、快速动眼睡眠对记忆的影响

 

梦境对记忆有什么作用呢?

 

很多研究表明,打扰快速动眼睡眠可以明显地破坏记忆。快速动眼睡眠对难度比较低的日常外显记忆的影响并不明显,但在经历难度高的任务后(如学生复习考试),快速动眼睡眠会明显地增加,说明难度高的记忆更需要快速动眼睡眠的参与。

 

另外,快速动眼睡眠对内隐记忆似乎有更大的影响。在学习外语、弹琴、滑雪等任务中,内隐记忆占主要的成分,这些学习之后经常会导致快速动眼睡眠的时间增加,而训练之后睡足一夜,第二天经常会感觉出现了很大的进步。所以,谷爱凌说的睡足十小时,确实是高度复杂训练的秘密武器。

 

那么,为什么快速眼动睡眠会影响到内隐记忆?

 

一个发现是,在动物研究中,给睡眠中的老鼠注射抑制蛋白质合成的药物,可以明显地破坏记忆。但抑制蛋白合成的破坏效果,只出现在快速动眼睡眠中。形成长期记忆,需要合成蛋白质以修改神经线路,在快速动眼睡眠中的蛋白质合成有可能是形成长期记忆的关键一步。

 

不过,快速动眼睡眠对记忆影响的原理目前还有很多空白点,动物研究和人类研究的结果也经常出现互相矛盾。还有很多学说猜想的成分很多。比如,有种说法认为快速动眼睡眠的功能,是洗清掉白天经历造成的负面情绪,例如恐惧,焦虑,紧张等,所以快速动眼睡眠可能有助于去掉赛前心理负担,即伴随在一连串动作中的各种干扰性记忆,包括情绪反应中的犹豫,教练的临时指导等,从而让储存在内隐记忆中的长期训练结果轻装前进,得到更好的下意识发挥。

 

6、黄金睡眠期 

睡好觉除了对世界冠军重要,对普通人也很重要。

 

以德尔塔波定义的慢波睡眠,又称 “黄金睡眠”,不但对青少年长个子和外显记忆的巩固(考试前复习)有作用,还可能预防老年人阿尔茨海默症。

 

在慢波睡眠之中,脑细胞会稍微缩小,使细胞间隙加大,这样就能让脑脊液把脑细胞活动产生的垃圾冲洗掉。我们知道大脑是身体的耗能大户,虽然脑重只占身体的2%,却要消耗全身20%左右的能量。耗能高产生的代谢垃圾就多,大部分代谢废物能被血压带走,但还有些大的生物垃圾不能被溶解在血液中运走,必须依靠脑脊液在德尔塔慢波睡眠期的有效冲刷。这些垃圾的主要成分就是阿尔茨海默症的淀粉样斑块。阿尔茨海默症的病程从中年期开始,淀粉样斑块会由少到多通过20年的大量堆积,才逐渐出现以外显记忆衰退为主的认知障碍(图6)。对于这种慢性积累性疾病,推迟发病时间也许比特效药更有效,因为当症状出现的时候损害已经很重,什么特效药也已经无力回天了。但在中青年期如果可以把脑脊液的清除能力提高百分之几,大量积累的情况就会延迟几十年,效果相当于治愈(如把平均发病年龄推迟到120岁)。

图6 阿尔茨海默症的病程

 

令人焦虑的是,中老年人的慢波睡眠会明显缩短,表现为总的睡眠时间减少——老年人觉少。那慢波睡眠缩短与阿尔茨海默症病程的发展是否有关联?这是当前研究的一个重点。

 

能增加慢波睡眠的安眠药,是新药开发领域皇冠上的宝石,至今没有有效的手段。安眠药是世界上消费最多的药物,但现在还只能应对短期的失眠,能够长期安全使用的安眠药还没有问世。
 

目前,公认对睡眠紊乱最好的治疗方式不是安眠药,而是遵循身体的自然生物节律,定时早睡早起,让个人的工作生活配合身体内的生物钟。
 

谷爱凌的成功秘诀提醒我们,睡足不见得需要优裕的生活环境和高大上的虎妈,咱们小镇做题家也能轻松实现这种 “奢侈” 的生活方式,掌握孩子聪明、父母健康、老人幸福的秘诀。

 

参考文献:

睡眠与慢性疾病https://www.cdc.gov/sleep/about_sleep/chronic_disease.html(美国CDC)

https://healthysleep.med.harvard.edu/healthy/matters/consequences/sleep-and-disease-risk (哈佛睡眠健康中心)

睡眠障碍与健保费的关联估计研究

https://www.ajmc.com/view/sleep-disorders-cost-us-94-9-billion-each-year-study-finds

 

 



推荐 13