睡眠，谷愛凌的秘密武器
在學(xué)習(xí)外語、彈琴、滑雪等任務(wù)中，內(nèi)隱記憶占主要的成分，這些學(xué)習(xí)經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致做夢(mèng)，也就是快速動(dòng)眼睡眠的時(shí)間增加，而訓(xùn)練之后睡足一夜，第二天經(jīng)常會(huì)感覺出現(xiàn)了很大的進(jìn)步。
那么工作記憶是什么？工作記憶屬于只維持幾秒時(shí)間的短期記憶，相對(duì)而言內(nèi)隱記憶和外顯記憶都是長(zhǎng)期的。
比如，您去北大聽講座的時(shí)候，門口保安說 “掃碼機(jī)壞了，您把邀請(qǐng)信二維碼下面的數(shù)字讀給我”。這時(shí)您看了一眼，把數(shù)字報(bào)上，這個(gè)從看一眼數(shù)字到報(bào)給保安之間幾秒時(shí)間的記憶就是工作記憶。然后您進(jìn)門后走了幾步就把這些數(shù)字就全忘了，因?yàn)閳?bào)數(shù)字是個(gè)臨時(shí)任務(wù)，只存儲(chǔ)在您的工作記憶里而沒有向長(zhǎng)期記憶轉(zhuǎn)移。
當(dāng)然，工作記憶是形成長(zhǎng)期記憶的第一步，沒有工作記憶就沒有活在當(dāng)下，也就沒有之后形成的長(zhǎng)期記憶。當(dāng)您第一次看到自己的身份證號(hào)碼時(shí)也是工作記憶，但之后您能順暢背出這個(gè)號(hào)碼，是因?yàn)槟纳矸葑C號(hào)碼的信息從工作記憶中轉(zhuǎn)存到外顯記憶，得到了長(zhǎng)期保存。
在大腦中三類記憶儲(chǔ)存的地方是不一樣的。通過觀察不同腦區(qū)受到損害的患者，就能看出不同類型記憶的區(qū)別。
比如，一個(gè)中風(fēng)患者的外顯記憶的形成受到嚴(yán)重?fù)p害，他昨天見過自己的醫(yī)生，但今天再見完全不認(rèn)識(shí)，昨天聊過什么也完全沒印象；昨天他打了個(gè)電玩，到了今天完全想不起來玩過。但是，患者的工作記憶是完好的，而中風(fēng)以前獲得的內(nèi)隱記憶也可以正?；貞洺鰜恚虼怂歪t(yī)生一句接一句聊天沒問題，打個(gè)游戲只要沒間斷也能繼續(xù)。由于新的外顯記憶不能形成但形成內(nèi)隱記憶的能力正常，打游戲久了就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)怪現(xiàn)象：如果每天讓他玩同一個(gè)游戲，患者的技術(shù)會(huì)不斷地提高，因?yàn)榧夹g(shù)學(xué)習(xí)屬于內(nèi)隱記憶。但直到他成了過關(guān)打怪的大師，他還會(huì)說從來沒見過這個(gè)游戲。
有些細(xì)心的讀者會(huì)問 “肌肉記憶是怎么回事？” 其實(shí)，俗語說的肌肉記憶是動(dòng)作的程序，它并不存在于肌肉里，而是存在于大腦中的內(nèi)隱記憶。那有沒有真正的記在肌肉里的記憶？有啊。比如您去健身房擼了兩個(gè)月鐵，身上好多塊肌肉都會(huì)留下記憶——胳膊變粗了，腹部出現(xiàn)六塊瓦。很多電影故事里的主人公失去了外顯記憶，復(fù)盤過去經(jīng)歷的時(shí)候就需要靠身上的肌肉，皮膚上的刺青等等線索，所以經(jīng)歷在身體上刻畫出的痕跡，包括吸煙造成的肺損傷，得病產(chǎn)生的免疫力，也都算是廣義的記憶。
三種類型的睡眠
人的睡眠不簡(jiǎn)單，可以分成淺睡，深睡和夢(mèng)境等三種類型。這樣的分類是一種通俗的說法。在研究生通識(shí)課里，睡眠的類型是根據(jù)腦電波來劃分的。腦電波就是腦中億萬個(gè)神經(jīng)細(xì)胞大合唱時(shí)產(chǎn)生的電信號(hào)。在清醒時(shí)不想事情，閉上眼的時(shí)候腦電會(huì)出現(xiàn)一種每秒波動(dòng)十次左右的電波，代號(hào)為 “阿爾法波”。睜眼想事時(shí)呢？阿爾法波會(huì)消失，腦電波變小變快，每秒波動(dòng)二十次到四十次，分別稱為 “貝塔波” 和 “伽瑪波”。
進(jìn)入睡眠后，人的腦波會(huì)明顯變慢，波動(dòng)幅度變高。開始閉眼未睡的時(shí)候是阿爾法波，從清醒進(jìn)入淺睡時(shí)，阿爾法波逐漸消失，代以之每秒4-7次的大波動(dòng)，稱為 “西塔波”。從淺睡進(jìn)入深睡時(shí)，腦電進(jìn)一步變慢幅度變高，變成每秒一次的大波動(dòng)，稱為 “德爾塔波”。按此規(guī)律，腦電變慢幅度變高，是睡眠由淺入深的主要標(biāo)志。
利用腦電對(duì)睡眠的階段分期比通俗的分類更詳細(xì)一點(diǎn)。因?yàn)樵跍\睡不斷加深的過程中，還有一種腦電成分，叫 “紡錘波與K組合”。這種腦電出現(xiàn)于淺睡和深睡的交界，因此學(xué)術(shù)上把沒有紡錘/K波的淺睡叫 “睡眠一期”，紡錘/K波不斷出現(xiàn)的時(shí)期叫 “睡眠二期”， 而紡錘波逐漸消失，以德爾塔波為主的時(shí)期稱為睡眠第三期，就是俗稱的深睡期，也叫 “慢波睡眠” 期。
那么做夢(mèng)時(shí)的腦電是什么特征呢？夢(mèng)境時(shí)的腦電與清醒類似，屬于波動(dòng)小而快的伽瑪波。做夢(mèng)的時(shí)候人有思想，所以出現(xiàn)清醒的腦電并不奇怪。但是夢(mèng)境與清醒有很多不同，首先是眼睛不自覺地頻繁轉(zhuǎn)動(dòng)，所以夢(mèng)境也稱為 “快速動(dòng)眼睡眠”。其次是身體肌肉的高度放松，這是區(qū)別清醒和睡眠狀態(tài)的一個(gè)明顯標(biāo)志。我們的日常經(jīng)驗(yàn)也是人在淺睡的時(shí)候可以站著坐著，但是睡眠一深，身體姿勢(shì)就不能維持了。
由于高度肌肉放松也是深睡的主要標(biāo)志，因此智能手表把幾乎沒有肌肉張力的夢(mèng)境也稱作深睡。如此，俗語中淺睡，深睡和夢(mèng)境的分類，與智能手表根據(jù)身體微小運(yùn)動(dòng)定義的淺睡（睡眠一期二期）和深睡（慢波睡眠三期和夢(mèng)境），就有了矛盾。因此業(yè)內(nèi)按照腦電把睡眠分成 “快速動(dòng)眼睡眠”（REM）和 “非快速動(dòng)眼睡眠”（NREM）兩類。夢(mèng)境多半出現(xiàn)于快速動(dòng)眼睡眠，快速動(dòng)眼睡眠之后經(jīng)常緊接著是清醒，因此按腦電分類經(jīng)常把夢(mèng)境規(guī)劃到淺睡。圖4列出不同分類的各種名詞。
大腦猶如大城市。在一個(gè)城市，辦公樓進(jìn)入睡眠而酒吧還熱鬧是常有的。類似的，一個(gè)腦區(qū)處于淺睡另一個(gè)腦區(qū)進(jìn)入深睡也并不奇怪。腦電是對(duì)全腦情況的綜合，對(duì)睡眠的分期是相對(duì)的，比如阿爾法減少叫一期，紡錘波多見叫二期，而德爾塔多于西塔叫三期等等。
腦電分期的重要性，在于發(fā)現(xiàn)是否有哪期睡眠經(jīng)常處于短缺的情況，這些不同類的睡眠，對(duì)于記憶來講都很重要。
研究發(fā)現(xiàn)，每夜一次睡足八小時(shí)的效果，遠(yuǎn)比每天零星多次小睡，湊夠八小時(shí)要好。這是因?yàn)樗呤莻€(gè)循序漸進(jìn)的完整過程，從清醒進(jìn)入淺睡，再從淺睡到深睡，從深睡進(jìn)入夢(mèng)境，這個(gè)過程稱為一個(gè)睡眠周期，走完一個(gè)睡眠周期需要90分鐘左右，一夜充足的睡眠需要經(jīng)歷3至4個(gè)睡眠周期（圖4）。如果經(jīng)常利用短時(shí)間小睡代替夜間的正常睡眠周期，大腦就沒有充足的時(shí)間走完從淺睡到深睡再到夢(mèng)境的過程。這對(duì)健康是有害的。
因?yàn)槿藢?duì)快速動(dòng)眼睡眠是個(gè)剛需，當(dāng)睡眠時(shí)間不夠時(shí)首先要滿足快速動(dòng)眼睡眠的需要。也就是需要犧牲以德爾塔波定義的深睡眠。日常生活中，睡眠不足的警報(bào)就是白天一安靜下來很容易睡著，而一睡著馬上就會(huì)做夢(mèng)，說明大腦為了補(bǔ)充快速動(dòng)眼睡眠的剛需，把其它睡眠期縮短了，而犧牲最大的就是慢波睡眠。
犧牲慢波睡眠會(huì)有什么危害呢？
有句繞口令說，“不同類型的睡眠對(duì)不同類型的記憶有著不同類型的影響”。下面分別講一下繞口令中提到的不同是怎樣的不同。
外顯記憶有獲得、鞏固和回憶等幾個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都與睡眠有很強(qiáng)的關(guān)系。比如，外顯記憶的獲得發(fā)生在人清醒的階段，睡眠不好的人注意力和專注力都會(huì)減弱，同時(shí)心情也變得不穩(wěn)定，缺少耐心。這樣就導(dǎo)致人的意識(shí)不能深入當(dāng)時(shí)經(jīng)歷的事件。對(duì)事情印象淺，參與差，自然會(huì)導(dǎo)致記憶粗略且蒼白。同樣，睡眠不足對(duì)回憶已經(jīng)存在的記憶也會(huì)發(fā)生困難。
幾十年來，有大量研究集中在外顯記憶的形成和鞏固（consolidation）過程。外顯記憶的形成就像排演一部合唱，需要先大體唱下來，再反復(fù)排練充實(shí)細(xì)節(jié)和最后定稿等過程。在經(jīng)歷發(fā)生的當(dāng)時(shí)，由五官和有關(guān)的感覺腦區(qū)把經(jīng)歷過程復(fù)現(xiàn)成神經(jīng)電碼。這些神經(jīng)電碼此起彼伏，相互共鳴，在腦中形成一個(gè)大合唱。但是要在神經(jīng)電碼消失之后幾天、幾年后，重新復(fù)制出這個(gè)合唱，就需要在經(jīng)歷的同時(shí)構(gòu)筑一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單抽象的樂譜，把關(guān)鍵的信息記錄下來，以便以后利用樂譜的信息重新復(fù)制出合唱。這個(gè)樂譜的構(gòu)筑，就發(fā)生在腦皮層下面一個(gè)叫 “海馬” 的腦結(jié)構(gòu)（圖5）。
圖5 海馬（藍(lán)色）在人類大腦中的位置。圖中左為大腦的前部，右為后部。
海馬把眼睛看到的風(fēng)景，身體面對(duì)的方向，腳下行走的距離等等關(guān)鍵信息，收集在一起，構(gòu)建成由一串串神經(jīng)電碼寫成的樂譜。但是，海馬只是個(gè)比手指大不了多少的結(jié)構(gòu)，只有儲(chǔ)存當(dāng)天經(jīng)歷的容量，因此就需要一個(gè)把當(dāng)天記憶從海馬轉(zhuǎn)移到大腦皮層進(jìn)行永久儲(chǔ)存的過程。
此過程發(fā)生在當(dāng)天經(jīng)歷之后的睡眠中，主要是在慢波睡眠（第二期和第三期）中出現(xiàn)。在慢波睡眠中，海馬像心臟一樣自發(fā)地 “跳動(dòng)”，每秒跳一到兩次。這里的 “跳動(dòng)” 不是指像心臟那樣收縮，而是海馬中億萬個(gè)神經(jīng)細(xì)胞約好，大家一起唱出一小段神經(jīng)電碼。不同神經(jīng)細(xì)胞唱出的電碼相互關(guān)聯(lián)，復(fù)現(xiàn)出白天經(jīng)歷過的一個(gè)小片段。這些神經(jīng)電碼和大腦感覺皮層互相呼應(yīng)，復(fù)現(xiàn)出白天經(jīng)歷中的一個(gè)個(gè)小小的瞬間。這些經(jīng)歷的瞬間在睡眠中反復(fù)出現(xiàn)，勾勒細(xì)節(jié)，縫合完整，并把定稿存儲(chǔ)在大腦皮層相關(guān)的區(qū)域里。
可以想象，在慢波睡眠的幾個(gè)小時(shí)中，千千萬萬個(gè)小小的記憶片段不斷地從海馬中產(chǎn)生，并通過與腦皮層有關(guān)細(xì)胞的共鳴存儲(chǔ)在皮層里。這里需要指明，慢波睡眠不是夢(mèng)境，而慢波睡眠中對(duì)白天經(jīng)驗(yàn)的重現(xiàn)也不是小片段的夢(mèng)境，而是在完全無意識(shí)的狀態(tài)下進(jìn)行的。
夢(mèng)境對(duì)記憶有什么作用呢？
很多研究表明，打擾快速動(dòng)眼睡眠可以明顯地破壞記憶?？焖賱?dòng)眼睡眠對(duì)難度比較低的日常外顯記憶的影響并不明顯，但在經(jīng)歷難度高的任務(wù)后（如學(xué)生復(fù)習(xí)考試），快速動(dòng)眼睡眠會(huì)明顯地增加，說明難度高的記憶更需要快速動(dòng)眼睡眠的參與。
另外，快速動(dòng)眼睡眠對(duì)內(nèi)隱記憶似乎有更大的影響。在學(xué)習(xí)外語、彈琴、滑雪等任務(wù)中，內(nèi)隱記憶占主要的成分，這些學(xué)習(xí)之后經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致快速動(dòng)眼睡眠的時(shí)間增加，而訓(xùn)練之后睡足一夜，第二天經(jīng)常會(huì)感覺出現(xiàn)了很大的進(jìn)步。所以，谷愛凌說的睡足十小時(shí)，確實(shí)是高度復(fù)雜訓(xùn)練的秘密武器。
那么，為什么快速眼動(dòng)睡眠會(huì)影響到內(nèi)隱記憶？
一個(gè)發(fā)現(xiàn)是，在動(dòng)物研究中，給睡眠中的老鼠注射抑制蛋白質(zhì)合成的藥物，可以明顯地破壞記憶。但抑制蛋白合成的破壞效果，只出現(xiàn)在快速動(dòng)眼睡眠中。形成長(zhǎng)期記憶，需要合成蛋白質(zhì)以修改神經(jīng)線路，在快速動(dòng)眼睡眠中的蛋白質(zhì)合成有可能是形成長(zhǎng)期記憶的關(guān)鍵一步。
不過，快速動(dòng)眼睡眠對(duì)記憶影響的原理目前還有很多空白點(diǎn)，動(dòng)物研究和人類研究的結(jié)果也經(jīng)常出現(xiàn)互相矛盾。還有很多學(xué)說猜想的成分很多。比如，有種說法認(rèn)為快速動(dòng)眼睡眠的功能，是洗清掉白天經(jīng)歷造成的負(fù)面情緒，例如恐懼，焦慮，緊張等，所以快速動(dòng)眼睡眠可能有助于去掉賽前心理負(fù)擔(dān)，即伴隨在一連串動(dòng)作中的各種干擾性記憶，包括情緒反應(yīng)中的猶豫，教練的臨時(shí)指導(dǎo)等，從而讓儲(chǔ)存在內(nèi)隱記憶中的長(zhǎng)期訓(xùn)練結(jié)果輕裝前進(jìn)，得到更好的下意識(shí)發(fā)揮。
睡好覺除了對(duì)世界冠軍重要，對(duì)普通人也很重要。
以德爾塔波定義的慢波睡眠，又稱 “黃金睡眠”，不但對(duì)青少年長(zhǎng)個(gè)子和外顯記憶的鞏固（考試前復(fù)習(xí)）有作用，還可能預(yù)防老年人阿爾茨海默癥。
在慢波睡眠之中，腦細(xì)胞會(huì)稍微縮小，使細(xì)胞間隙加大，這樣就能讓腦脊液把腦細(xì)胞活動(dòng)產(chǎn)生的垃圾沖洗掉。我們知道大腦是身體的耗能大戶，雖然腦重只占身體的2%，卻要消耗全身20%左右的能量。耗能高產(chǎn)生的代謝垃圾就多，大部分代謝廢物能被血壓帶走，但還有些大的生物垃圾不能被溶解在血液中運(yùn)走，必須依靠腦脊液在德爾塔慢波睡眠期的有效沖刷。這些垃圾的主要成分就是阿爾茨海默癥的淀粉樣斑塊。阿爾茨海默癥的病程從中年期開始，淀粉樣斑塊會(huì)由少到多通過20年的大量堆積，才逐漸出現(xiàn)以外顯記憶衰退為主的認(rèn)知障礙（圖6）。對(duì)于這種慢性積累性疾病，推遲發(fā)病時(shí)間也許比特效藥更有效，因?yàn)楫?dāng)癥狀出現(xiàn)的時(shí)候損害已經(jīng)很重，什么特效藥也已經(jīng)無力回天了。但在中青年期如果可以把腦脊液的清除能力提高百分之幾，大量積累的情況就會(huì)延遲幾十年，效果相當(dāng)于治愈（如把平均發(fā)病年齡推遲到120歲）。
令人焦慮的是，中老年人的慢波睡眠會(huì)明顯縮短，表現(xiàn)為總的睡眠時(shí)間減少——老年人覺少。那慢波睡眠縮短與阿爾茨海默癥病程的發(fā)展是否有關(guān)聯(lián)？這是當(dāng)前研究的一個(gè)重點(diǎn)。
能增加慢波睡眠的安眠藥，是新藥開發(fā)領(lǐng)域皇冠上的寶石，至今沒有有效的手段。安眠藥是世界上消費(fèi)最多的藥物，但現(xiàn)在還只能應(yīng)對(duì)短期的失眠，能夠長(zhǎng)期安全使用的安眠藥還沒有問世。
目前，公認(rèn)對(duì)睡眠紊亂最好的治療方式不是安眠藥，而是遵循身體的自然生物節(jié)律，定時(shí)早睡早起，讓個(gè)人的工作生活配合身體內(nèi)的生物鐘。
谷愛凌的成功秘訣提醒我們，睡足不見得需要優(yōu)裕的生活環(huán)境和高大上的虎媽，咱們小鎮(zhèn)做題家也能輕松實(shí)現(xiàn)這種 “奢侈” 的生活方式，掌握孩子聰明、父母健康、老人幸福的秘訣。
知識(shí)分子 將在03月18日 19:30 直播 睡好覺，成功的第一步——北大六院院長(zhǎng)陸林、北大一院睡眠醫(yī)生張成、神經(jīng)科學(xué)教授吳建永，共同解答關(guān)于睡眠的疑問與誤區(qū)。 制版編輯 | 姜絲鴨
