上周,一名高中生失眠,辗转反侧,很难平静入睡,因为这是出差的第一天。一名高中生将此归因于两个词——认识床!高中生迷迷糊糊地想,有没有科学的理由去认识一张床?事实上,在对人类睡眠的研究中,新环境下的睡眠不佳被认为是一种典型的睡眠障碍,被称为首夜效应。这时,大脑会使一个半球比另一个半球更加警觉,以观察周围的环境。一旦检测到不熟悉的外部信号,睡眠中的人将立即被唤醒。

说到这里,薛洁想到了海豚。睡眠和清醒一度被认为是两种相互排斥的状态。然而,现在已经证实,水生哺乳动物、鸟类和可能的爬行动物在睡觉时可以睁一只眼,因此,控制它的大脑半球是清醒的。鲸目动物、海豹和海牛的单侧半球睡眠使它们能够在睡眠时游泳,并浮到水面呼吸以免淹死。例如,海豚似乎总是在水里游泳。事实上,他们和人类有相似的工作和休息时间。但是海豚睡觉的时候也一直在游泳,并且保持一只眼睛睁开,一只眼睛闭上,保持警惕。科学家发现海豚大脑的两个半球交替睡眠。当一边睡着时,另一边是醒着的。一段时间后,双方将交换以便轮流值班和休息。当两个半球受到外部世界的强烈刺激时,两个半球会同时清醒,并对外部世界做出快速反应。

海牛睡在海底。

这种进化对鸟类有不同的价值。在长距离迁徙过程中,单侧半球睡眠可以使鸟类朝着正确的方向飞行,并在休息时保持警惕。有一个非常有趣的现象。当一群鸭子在池塘边过夜时,那些躺在边缘的鸭子更有可能睁开眼睛看外面。当然,相应的大脑半球将是清醒的,而睡在鸭群中间的鸭子将能够安心地闭上双眼。这样,守在边缘的鸭子可以保护鸭子,至少不会在睡觉时被天敌“放在一个锅里”吃掉。

鸭子睁着一只眼睛睡觉(照片来源:Durim Beqiraj)

人类会有类似的状态吗?美国布朗大学的玉木正子和他的同事提出,第一夜效应是否与大脑两半球的某种睡眠有关,以及它是否是一种保护机制,可以在睡眠时保持一个半球的警觉。

首先,他们做了第一个实验,结合脑磁图、结构核磁共振和多导睡眠图以及其他技术对睡眠中的大脑进行神经成像。慢波活动(SWA)——唯一能反映研究期间睡眠深度的睡眠特征,也得到包括哺乳动物和鸟类在内的跨物种局部睡眠研究的支持。实验发现,当受试者第一次在陌生的环境中过夜时,左半球的慢波活动低于右半球,表明第一天晚上左半球的睡眠深度比右半球浅,而第二天晚上左半球的睡眠深度恢复正常。此外,大脑两半球之间的这种不对称睡眠深度可以在默认模式网络中找到,这是一个连接多个大脑区域的网络系统,当人们分神和分神时,它是活跃的,允许大脑在清醒状态下休息。不对称程度与睡眠时间显著相关,因此反映了入睡的难度。

那么,左脑的这种浅睡眠与探测外部信号有关吗?玉木正子和他的同事做了第二个实验。他们重新招募了一些受试者,并在受试者睡觉时用标准频率听一些哔哔声,但也夹杂了一些不同音调的异常声音。结果实验表明,第一天出现异常声音时,左半球的反应幅度大于右半球。第二天,左半球的反应幅度下降,而右半球的反应数据在两天内没有显著差异。因此,在第一夜效应中,左脑比右脑更警觉。此外,他们进一步发现,在第一个夜间效应中,左半球的高度警惕性也通过脑电图频率的突然短暂变化导致了更多的大脑觉醒。

这种警觉性只起到唤醒和睡眠中断的作用吗?人们能对外部异常刺激反应更快吗?玉木正子和他的同事做了第三个实验。他们在实验2中使用了相同的声音,替换了新的受试者,并要求受试者在睡眠中听到声音时轻拍他们的手指。结果表明,当声音从右耳传入时(右耳与左脑相连),受试者醒得更快,从听到异常声音到醒来,第一天的速度明显快于第二天。这些结果表明,在睡眠期间,越警觉的左半球在检测到异常外部刺激时可以越快地唤醒大脑,因此第一夜效应可以说是在陌生环境中的一种生存保护机制。

“守夜”的技能在祖先时代一定是一种非常实用的救生配置。在不断进化和传承的过程中,它可能会逐渐退化为第一夜效应,这也给人们找床带来了麻烦。因此,下次外出过夜时,你可能会试着带上枕头和贴身衣物,以营造一种在家的感觉,这可能会愚弄你的大脑。

参考

Tamaki等人,《睡眠时一个大脑半球的夜间观察与人类的第一夜效应相关》,当代生物学(2016),http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.02.063

《睡眠:保持一只眼睛睁开》,当代生物学(2016),https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.03.041

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