科技日報記者 金鳳
無論是熱播劇《開端》中循環(huán)了19次的爆炸事故，還是電影《盜夢空間》里從潛意識中盜取情報，抑或是“春風一夜吹鄉(xiāng)夢，又逐春風到洛城”中對于故土情愫的記憶重溫，夢，是人們穿梭于虛幻與現(xiàn)實之間莫可明說的生命體驗。
然而，做夢時人腦發(fā)生了什么，至今仍是未解之謎。“為什么要睡眠?”“人類為什么會做夢?”一度被《科學》雜志列入“全世界最前沿的125個科學問題”。
最近，科學家們找到了大腦進入夢鄉(xiāng)的“鑰匙”。國際頂尖學術期刊《科學》新發(fā)表的一篇研究論文中，日本筑波大學聯(lián)合北京大學研究發(fā)現(xiàn)，讓大腦愉悅的信號——多巴胺，在大腦中的基底外側杏仁核區(qū)域（BLA）升高，是啟動快速眼動睡眠的關鍵。
不同睡眠周期，肌肉張力、眼球運動各不同
夢醒時分，我們可能依稀記得縹緲的夢境，卻未曾得知，在整個睡眠周期，腦內(nèi)的各種神經(jīng)元、腦信號如何經(jīng)歷一番生命奇遇。
“我們對睡眠的理解，目前主要基于對哺乳動物睡眠的研究。區(qū)分哺乳動物不同睡眠-覺醒狀態(tài)的核心指標是腦電圖。”中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心、神經(jīng)科學國家重點實驗室研究員徐敏告訴科技日報記者，按照腦電頻譜特征的不同，睡眠-覺醒周期可分為覺醒期、快速眼動（REM）睡眠和非快速眼動（NREM）睡眠。其中，人類的NREM睡眠又可以細分為N1、N2、N3期。
“健康人入睡時一般先進入NREM睡眠，但新生兒可由覺醒直接進入REM睡眠。”徐敏表示，“一個典型的睡眠周期首先從覺醒狀態(tài)進入N1期，此時人逐漸喪失對周圍環(huán)境的注意力，出現(xiàn)緩慢眼動，心率、體溫開始下降。數(shù)分鐘后進入N2期，此時全身肌張力降低，幾乎無眼球運動。隨后進入深睡眠的N3期后，肌張力進一步低下，不易被喚醒。深睡眠結束后，再次轉回N2及N1期，而后進入REM睡眠。”
REM睡眠的特征則是肌張力消失，但高頻眼動陣發(fā)，肢體遠端的肌肉和面部表情肌可有短暫肌電活動。
“健康成人的N3期睡眠多出現(xiàn)在前半夜，而REM睡眠在后半夜時間更長、密度更高。整夜總睡眠時間中，覺醒時間占比<5%，N1期時長約占5%-10%，N2期約占50%-60%，N3期約占15%-20%，REM期約占20%-25%。”不過，這并非一成不變，徐敏說，一般而言，整夜總睡眠時間隨年齡的增大而減少。
研究發(fā)現(xiàn)快速眼動睡眠由大腦關鍵區(qū)域多巴胺信號引起
夢是如何產(chǎn)生的，夢的功能是什么，夢是睡眠中真實的思維痕跡還是醒來后的虛構回憶，這些未解的難題一直令科學家著迷。
“對于人類，REM睡眠是夢的多發(fā)時期，但夢和REM睡眠并不等價。”徐敏介紹，20世紀50年代，學者阿瑟林斯基與克萊特曼通過記錄睡眠中的腦電、眼電和肌電，發(fā)現(xiàn)了REM睡眠。
他們喚醒并詢問了處于不同睡眠階段的志愿者，發(fā)現(xiàn)有74%的從REM睡眠醒來的人報告自己做了夢，而這一比例在NREM睡眠期僅有17%。后人通過修改詢問方式，把“是否做了夢”改為“蘇醒之前腦海中出現(xiàn)了什么”，并大量重復試驗，認為REM睡眠與NREM睡眠都能產(chǎn)生夢境，且兩種夢常常難以區(qū)分。
對于REM睡眠，人類已經(jīng)掌握諸多規(guī)律。東南大學生物醫(yī)學工程學院楊元魁博士告訴科技日報記者：“REM睡眠，人腦會把大量存于腦中的經(jīng)驗和知識提取出來，并與白天所學、所見、所聽、所想交織在一起，進行復雜隨機的加工。這個階段會刪除人腦認為無用的記憶，所以對腦的記憶系統(tǒng)的優(yōu)化具有重要作用。”
不過，在睡眠中，NREM睡眠為何會轉向REM睡眠，二者是如何循環(huán)進行的，或者說人類大腦如何調(diào)節(jié)睡眠，尚無結論。而睡眠如何促進人類做夢——即REM睡眠，尤其令人費解。
不過，在此次研究中，科研人員似乎捕捉到從NREM睡眠向REM睡眠“切換”的蛛絲馬跡：NREM睡眠期間，基底外側杏仁核的多巴胺的短暫增加，會終止NREM睡眠，并啟動REM睡眠。多巴胺作用于基底外側杏仁核中表達多巴胺受體D2 (Drd2)的神經(jīng)元，會誘導NREM睡眠到REM睡眠的轉變。
嗜睡癥的猝倒神經(jīng)生物學模型或需調(diào)整
多巴胺是腦內(nèi)重要的神經(jīng)遞質(zhì)，它可以調(diào)節(jié)神經(jīng)細胞的活動，使我們感到愉悅，巧克力就是可以促進多巴胺分泌的“開關”之一。
近幾十年來，國際上對多巴胺能神經(jīng)系統(tǒng)的研究有突飛猛進的發(fā)展，認為該系統(tǒng)在調(diào)控人的精神、運動、行為等方面具有不可替代的作用，例如人的睡眠-覺醒機制，以及學習、記憶、認知等意識活動。
“在睡眠中，此前科研人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多巴胺在REM睡眠時釋放量比較大，會促進覺醒。但此次研究發(fā)現(xiàn)基底外側杏仁核的多巴胺的水平在NREM睡眠向REM睡眠過渡前會呈現(xiàn)出一個瞬時的增加。”徐敏說。
更值得關注的是，在基底外側杏仁核區(qū)域的多巴胺變化，還為一類發(fā)作性睡病的睡眠障礙提供了新的見解。
“發(fā)作性睡病，也叫嗜睡癥，是一種中樞性睡眠增多障礙，其中部分病人的一個典型癥狀便是‘猝倒發(fā)作’。患者的大腦在白天清醒時會突然進入REM睡眠，無力甚至猝倒；夜間出現(xiàn)入睡幻覺、睡眠癱瘓、睡眠紊亂等。”徐敏介紹，合成下丘腦泌素（又稱食欲素）或其受體的基因突變，以及下丘腦中表達食欲素神經(jīng)元數(shù)量的減少，均可引起發(fā)作性睡病。
在此次研究中，科研人員為缺乏食欲素而患有嗜睡癥的模型小鼠和對照組小鼠喂食巧克力，發(fā)現(xiàn)嗜睡癥小鼠基底外側杏仁核區(qū)域多巴胺釋放與對照小鼠相比顯著增多；并且嗜睡癥小鼠進食巧克力之后，BLA腦區(qū)的多巴胺水平短暫升高，之后出現(xiàn)猝倒樣發(fā)作。
他們還發(fā)現(xiàn)，在嗜睡癥小鼠模型中，多巴胺激增，但在其他被測試的大腦區(qū)域中沒有。隨后，他們刺激正常小鼠基底外側杏仁核處的多巴胺釋放，發(fā)現(xiàn)此處的多巴胺短暫增加可引發(fā)小鼠猝倒。更有意思的是，當研究者通過人為刺激，引起睡眠中小鼠基底外側杏仁核多巴胺短暫增加之后，可以讓小鼠進入REM睡眠。
“這個研究對睡眠調(diào)控基礎研究和嗜睡癥的研究都有很多啟發(fā)。當前睡眠調(diào)控模型認為，食欲素缺乏導致的嗜睡癥患者的睡眠和覺醒都不穩(wěn)定，存在白天嗜睡，晚上睡眠碎片化的特征。此次的發(fā)現(xiàn)促使我們重新思考上述模型的普適性。另一方面，該研究揭示的多巴胺對REM睡眠的調(diào)控作用，也提示我們重新認識多巴胺對睡眠的復雜調(diào)控機制，可能不僅僅局限于之前認為的促覺醒效應”徐敏說。
了解“睡眠-覺醒”奧秘，關乎人類未來
當我們談論睡眠和夢時，一個重要的問題是，睡眠的終極功能是什么？雖然至今尚無結論，但答案關乎生存、疾病，甚至人類的未來。
“試想一下，如果睡眠行為無益無功，我們豈不是白白浪費了三分之一的人生？遺憾的是，我們現(xiàn)在仍不清楚睡眠行為的核心作用和目的。”徐敏說。
即便此次研究的出現(xiàn)讓我們對多巴胺另眼相看，但在楊元魁看來，睡眠-覺醒機制還受到非常多物質(zhì)的影響，例如褪黑素、血清素、皮質(zhì)醇等。
在睡眠的未知疆域，還有無數(shù)的認知藍海在等待人類遠航：例如，目前發(fā)現(xiàn)調(diào)控NREM的腦區(qū)數(shù)量較多，且分布相對離散，這些腦區(qū)在睡眠調(diào)控過程中分別扮演了什么角色？
又如，皮層活動對睡眠調(diào)控是否存在自上而下的影響？毫秒尺度的神經(jīng)元活動如何維持長時程的睡眠或覺醒狀態(tài)？
而當我們對大腦調(diào)控睡眠-覺醒的機制有足夠深入的理解之后，我們或許可以對未來的睡眠控制有所期待。
“那時，我們可以更加安全有效地治療失眠，或者出于工作、旅行或其他需要，可以前移或推遲睡眠時間，還可能在條件允許時預存或補充睡眠。”在徐敏看來，人人享有睡眠，也有權利和責任去了解、維護自己的睡眠。
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