这首家喻户晓的五言绝句，出自唐朝大诗人孟浩然的笔下，它描绘了一幅春天雨后的清晨，鸟语花香的绚丽图景。首句的“春眠不觉晓”更是常常被春困的人们挂在嘴边，作为睡不醒的缘由。

“春困、秋乏、夏打盹”，地球的自转与公转造就了四季和昼夜的转变，生物体也在适者生存中不断调节行为和生理活动。这种对可预测性环境改变的适应，是地球生物所共有的、可以持续运行的一种生物节律。睡眠与觉醒的转变最典型的生物节律变化。但是，人为什么要睡眠，睡眠觉醒是怎样进行调节，睡眠的功能是什么，我们仍不能很好地回答。

一、睡眠的认识过程
对睡眠的认识是一个漫长的过程。早先从表面现象出发，认为“当人或动物处于一种静止不动的状态时，就是睡眠”。可是人在睡眠中并不是纹丝不动，我们在6个小时的睡眠里，最起码要翻身20-30次。而且这个定义也不能将睡眠与麻醉、昏迷状态区分开来。1875年，英国生理学家Caton第一次从家兔和猴脑上记录到了电活动。1924年，德国精神病学家Haas  Berger首次记录到了人类的脑电波，并发现脑电波在睡眠和觉醒状态下存在着显著差异。从此，人们对睡眠的本质有了进一步的认识，将睡眠定义为：“由于脑的功能活动而引起动物生理活动低下，给予适当刺激可使之完全清醒”。但这样一个定义仍然不尽人意，因为睡眠状态下胃肠液的分泌、生长激素的合成等许多生理活动都比清醒时活跃。正如一座夜间的蜂房，外表看上去蜜蜂都已归巢休息，但实际上所有的蜜蜂都在为酿造蜂蜜而通宵达旦地忙碌。从人们认识睡眠的过程可以看出，睡眠其实并不像我们所想象的那样简单。

二、神经元与脑电波
人脑中存在很多神经细胞，又叫神经元，是构成神经系统的基本单位。在显微镜下，每个成熟的神经细胞看起来都像一棵枝繁叶茂的大树。神经元彼此相连，形成一个巨大的电化复合体和功能强大的微数据处理及传递系统。神经细胞中离子运动，产生电流。大脑150亿个神经元不断释放出微电流，总的电流活动情况可以用脑电图测量记录。脑电流活动的形态各不相同，有快有慢，由此产生了各种频率的脑电波。今天，脑电图由多笔式变成了数字式记录，由手工分析变为计算机自动分析。

         根据脑波的频率将脑电波分成四个主要类型：（１）β波 (14-100 Hz) 主要频率范围在 14–30 Hz 之间，人清醒时的主要脑波。β波对积极的注意力提升，以及认知行为的发展有着关键性的助益；（2）α波（8-14 Hz） 人的意识清醒，身心能量耗费少，而脑部所获得的能量较高，α波是人们学习与思考的最佳脑波状态；（3）θ波 （4-7 Hz） 人的意识中断，身体深沉放松，θ波与脑部边缘系统有非常直接的关系，对于触发深层记忆、强化长期记忆等帮助极大；因此，θ波有 “通往记忆与学习的闸门”之称；（4）δ波 （0.5–3 Hz）是睡眠过程中出现的低频高幅脑波，人的频率一般在 1-3 Hz 之间。只有在睡眠中出现大量的δ波，醒后才能精神饱满。

关于脑波与学习工作关系的研究显示：α波是学习和工作的“最佳状态”。各种加速学习的方法常是诱导人脑波处于θ波状态，这可以加速人对知识的记忆。人们在接受的大量信息中 85% 以上是存储于潜意识中，α波是打开潜意识唯一有效途径。研究通过对脑波的诱导，让人处于注意力高度集中、大脑不易疲劳的状态，并且思考力、理解力和记忆力成倍提高的方法，将是一个有意义的研究课题。

三、睡眠觉醒时相及相互交替
20世纪50年代，美国芝加哥大学的Aserinsky和Kleitman在研究婴儿睡眠时发现，婴儿在安静睡眠后出现以快速眼球运动为特征的“活动”相睡眠。之后，Kleitman和Jouvet 在对成人的研究中，将脑电活动与眼球运动相结合，明确了人类睡眠存在二种类型，即非快动眼睡眠（non-rapid  eye movement sleep, NREM），又称慢波睡眠（slow wave sleep）和快动眼睡眠（rapid eye movement sleep, REM），又称快波睡眠。

           慢波睡眠时，全身代谢减慢，总体代谢率下降10%～25%，脑血流量减少、大部分区域脑神经元活动减少、呼吸平稳、心率减慢、血压下降、体温降低、全身感觉功能减退、肌肉张力降低（但仍然能够保持一定的姿态）、无明显的眼球运动。根据脑波的波幅与频率的变化，慢波睡眠被分为四期：从1期到4期，睡眠深度加深，肌肉张力下降，对外界的刺激阈值明显升高，不易唤醒。

           快波睡眠时脑电活动的特征与觉醒期相似，肌电明显减弱甚至消失，由此可以与觉醒相区别。此期脑代谢与脑血流量增加，大部分区域脑神经元活动增加、脑温升高、呼吸浅快、心率加快、血压波动、瞳孔时大时小、各种感觉功能显著减退、肢体肌肉张力显著降低，呈完全松弛状态，但支配眼球运动、呼呼运动的肌肉持续活动。

         日复一日，我们都在觉醒、慢波睡眠和快波睡眠三种状态下交替。一般成年人每晚约可见 4-6 从慢波睡眠到快波睡眠的周期交替。在6-8小时的睡眠中，深度的慢波睡眠时间逐渐减少，快动眼睡眠时间逐渐延长。二个快动眼睡眠的平均相隔为 90 分钟。

四、睡眠实验研究的方法
由于人能很好地配合医生进行脑电记录，临床脑电图的应用比实验室开展得早。随着近代传感、计算机及生物物理等相关学科与技术的发展，睡眠的实验室研究方法有了突破性的发展。复旦大学医学神经生物学国家重点实验室在国内率先设置了用于大、小鼠睡眠研究的装置，用于转基因或基因剔除动物。该系统的基本原理是：通过安装于动物脑部的电极将大脑细胞群的自发性、节律性电活动及颈部肌肉的肌电活动经过滤、放大后，由计算机软件将其转化为肉眼可见的波形，并对睡眠时相进行判定，按实验目的读取睡眠时间、各种波形出现的频率、次数及强度等参数，由此判断睡眠的质与量。

五、睡眠觉醒调节机制的探索
20世纪30年代开始，人们运用毁损和刺激的方法在动物大脑中寻找影响睡眠和觉醒调节的区域，神经生理学则通过记录脑内特定区域神经细胞的电活动，用以明确睡眠-觉醒产生的细胞机制。但更多的研究则聚焦于内源性催眠物质及神经递质在睡眠和觉醒形成过程中的作用。

20世纪初，法国生理学家 Piéron和日本生理学家石森国臣等做的一个有趣实验：他们将剥夺睡眠 150～293 小时狗的脑脊液注射到其它正常狗的脑室，结果这些接受注射的动物都沉睡了几个小时，从而首次提出了催眠素的概念。他们的实验肯定了睡眠物质的存在，但当时无法对催眠物质进行定性。随着近代检测技术的进步，到目前为止，内源性催眠物质至少有22种。如前列腺素D2、腺苷等。

         众所周知，咖啡和茶叶具有提神醒脑的功效。其中真正发挥作用的是咖啡因。

它是一种兴奋性物质，属于非选择性的腺苷受体拮抗剂，与腺苷A1、A2A受体有同等的亲和力。我们利用基因剔除动物研究发现，咖啡因的促觉醒作用仅表现在正常的野生型小鼠和A1受体基因剔除小鼠，而A2A受体基因剔除小鼠无此作用。这一结果提示，咖啡因的促觉醒作用是由A2A，而非A1受体所介导。这一结果发表在2005年《自然-神经科学》杂志。

生物体脑部存在两个系统，一个促进觉醒，另一个影响睡眠。这两个系统均由众多的神经核团和递质组成，彼此间形成了相互作用、相互制约、复杂的神经网络，类似跷跷板的原理，调节觉醒与睡眠的发生与维持。也就是说，睡眠和觉醒的发生，取决于这二个系统的优势状态。
目前认为睡眠和觉醒的发生与维持是通过脑内神经递质和内源性睡眠促进物质共同作用，相互影响而实现的，其本身又受昼夜节律、人体生物钟及内环境的影响与调控。但对睡眠机制的认识，不明点仍甚多。

六、睡眠与梦

快动眼睡眠的发现，将梦科学的研究，带入了新纪元。快动眼睡眠时，脑子的血流量比慢波阶段要增加30-50%，脑电图表现类似觉醒的波形，因此，这时最容易受到记忆、个人周围环境和生活体验（包括看到的、听到的、读到的、脑海中瞑思默想的）、以及外界刺激因素的影响，形成欢乐、忧郁、奇异或恐怖等形形色色的梦境。
人的梦境可能与白天的愿望密切相关，尤其是白天所不能满足的愿望。学生在考试前夕，很容易做有关考试的梦。有趣的是，有些科学发现与梦有关。如德国化学家凯库勒在梦中看到了苯的化学结构，从而想出用六角形的环状结构来表示；门捷列夫在梦中完成了元素周期表的最终定稿工作；奥地利生物学家奥托-洛伊受益于梦中的启示发现了神经冲动释放化学传递，并因此获得1936年诺贝尔生理学和医学奖。根据调查，英国剑桥大学有百分之七十的科学家承认曾在梦中受益；日内瓦大学的69位数学家，有51位认为梦能帮助解决某些困难的算题。由于这些学者专心于某一工作，白天长期极度用脑，既使在睡眠时，大脑的某些部位仍处于兴奋状态，思维也极可能更集中到此问题上来，从而在梦中获得意想不到的"灵感"。这些梦境的"灵感"，都是学者们在清醒时常年累月刻苦钻研、日思夜想辛勤劳动的结果。"灵感"或"创造"不可能从天而降。日有所思，夜有所梦。愿我们每个人都能做一个好梦，在现实生活中园梦。

七、 睡眠障碍
世界卫生组织的调查显示，全球27%的人有睡眠问题。美国30％～50％的意外事故由瞌睡引起；因睡眠障碍造成的经济损失每年高达430～560亿美元。在高度工业化的日本，三分之一的人有睡眠问题，5% 的人完全依靠药物维持睡眠，生活质量严重下降；由于睡眠不足引发的各种事故所造成的直接经济损失每年不低于200亿美元。据新民晚报（2004年3月21日）报道，我国近年来失眠症的发病率也呈急剧上升趋势。2002年发病率约为20%，而到2003年，上海市中医失眠症医疗协作中心的调查数据显示，发病率已上升至25%～35%；而且，失眠症的发病人群日益年轻化。睡眠障碍可引发许多健康问题，如机体免疫力低下、精神烦躁，同时还容易引发高血压、神经衰弱、心脑血管意外以及心理疾患等，甚至造成猝死。因此，相当一部分人群正处于“亚健康”状态。随着中国现代化进程及工业化速度的加快，工作压力及社会竞争的加剧，睡眠障碍将成为日益严重的社会及医学问题。

按照国际睡眠和觉醒疾病诊断分类标准，睡眠疾病分四大类，共88种，如失眠、睡眠呼吸暂停综合征、不宁腿综合征、发作性睡病等。睡眠异常应尽快到医院诊治。

八、健康睡眠的十二点建议

九、小结

睡眠和水、空气、食物一样重要，任何人都离不开它。睡眠能消除疲劳、恢复体力、保护大脑、稳定情绪、增强免疫、促进生长发育；加快皮肤再生、有利美容；睡眠与人类的高级思维、学习记忆密不可分，充足的睡眠是人类获取记忆, 思维敏捷的保证。古今中外，睡眠与梦渗透了社会文化的各个领域，为文学创作提供了大量有趣的话题，同时也为医学研究提出了一道探索不尽的难题。解明这道难题，需要我们不断努力。

 研究睡眠、科学睡眠是为了更好的清醒，从我们有限的生命中，去发掘、利用更多的时间，创造最大的人生价值。

思考题

• 怎样证明睡眠的重要性。

• 长期失眠的后果是什么？

• 您的科学睡眠方法有哪些？