# 52《為什麼要睡覺？》(上)：影響睡眠的關鍵因素、睡眠中發生了哪些事？

疫情期間，在家時間特別多，我常常睡到自然醒，算算時間都是八個小時多。但平時因為工時固定，很少有機會睡飽睡滿，總是覺得有些疲累。放眼望去，同樣的問題不只出現在台灣，也出現在許多高度發展的國家。不僅如此，在教育裡常宣導健康、飲食、運動的重要，卻鮮少有人強調睡眠也是一樣重要的。

人們總是選擇犧牲睡眠，來換取達成更多事。許多人認為睡眠不過就是單純休息、讓精神變好，於是透過咖啡、茶等等來打起精神。然而人類幾百年來的睡眠衝動，要是真只有這點好處，從演化的觀點而言，睡覺時無法採集食物、無法社交、遇到危機無法保護後代，豈不缺點更多？這代表著睡眠其實有著我們想像不到的好處！

這本《為什麼要睡覺？》清晰地寫了睡眠的成因、週期、影響、疾病等等，是本值得推薦的科普書籍，架構清晰、翻譯順暢，沒有過硬的科普知識，而是帶你從科學家們的實驗探究過程了解睡眠的各種發現。今天我們先來聊聊睡眠的成因與週期吧！

1938 年 Kleitman 教授和助手 Richardson 進入了猛瑪洞中，那是一個深到沒有任何日光可以穿透進來的洞穴，與外界的白天黑夜完全隔絕。他們帶了食物、水以及各項維生器具，住在裡面三十二天，藉此確認人類睡眠與日光到底有沒有關係。 結果證明：人類有內生的近日節律。他們在裡頭反覆維持約十五小時的清醒與約九小時的睡眠，說是這麼說但反覆的週期並非剛好二十四小時，四十多歲的 Kleitman 大約二十四小時多的循環、二十多歲的 Richardson 大約二十六至二十八小時的循環。

七十年後的科學研究顯示，成人的內生近日時鐘長度約落在二十四小時又十五分鐘。那問題又來了，為什麼現在人們可以擁有反覆二十四小時的規律睡眠作息呢？原因是日光為我們校準時鐘。大腦透過光線、溫度變化、社會節奏等等授時因子 zeitgeber 調整生理時鐘，這也是為什麼盲人即便看不到光線也能維持一樣作息的原因。

而我們的生理時鐘的機制是源自視交叉上核 superachiasmatic，像光線可以透過眼球沿著視神經傳送訊號到視交叉上核，以光訊號來校準人體中不準確的內在時鐘。而生理時鐘也會調節核心體溫，約莫睡著過後的兩小時會達體溫最低點，這種調節體溫的恆定機制也會隨生理時鐘產生二十四小時的規律變化。

其促使我們產生睡意的機制是，視交叉上核感受到夜晚接近，指揮褪黑激素從松果腺大量釋放到血液中，跟身體的各個部位說「準備要睡覺囉！」，這時身體的各部位系統包括體溫、血糖、神經會逐漸調整到適合睡眠的狀態。直到凌晨時分，褪黑激素逐漸減少，感受到日光後褪黑激素才完全停止釋放。

【早鳥族？夜貓子？】 人類雖然有規律的二十四小時睡眠週期，但基於基因的不同，每個人的生理時鐘也都是不一樣的。換句話說，同個時間點有的人精神很好，有的人可能很差。從負責掌管理性與邏輯思考的大腦前額葉皮質活動程度來看，早晨時早鳥族的腦波活動良好，但夜貓子的腦波活動卻是在不活潑的狀態。

【時差問題？】 因為生理時鐘會紀錄睡眠的習慣，也就是應該醒多久才睡，所以跨區旅行到了晚上可能還是完全沒有睡意。隨著移動到不同時區，視交叉上核每天只能挪動約一個小時，所以時差越大就要花越多天才能調整好內在生理時鐘。 不過熬夜或者是往西飛通常還是比提早睡或往東飛還要來得容易睡得好，原因是我們前面說過近日節律是二十四小時多，推遲睡眠還是比減少睡眠容易的。

只要我們沒有在睡覺，腦中就會累積一種稱為腺苷 adenosine 的物質，可以想像成是疲累感。隨著時間累積的腺苷會形成睡眠壓力，促使我們變得想睡覺。對大部分的人而言，這會發生在清醒後的十二到十六小時。

值得一提的是 — 咖啡因 — 這個精神興奮劑能夠搶奪原本接收腺苷的受體的位置，阻擋腺苷對大腦發送想睡的訊號。隨著肝臟裡的酵素降解咖啡因，位置空出後腺苷補上，才會對我們再次造成影響。然而當我們服用大量的咖啡因來防止自己睡眠，腺苷累積太多後，等到咖啡因降解，就會促成咖啡因崩潰 Coffeine crash，產生極為強烈的睡意。

咖啡因的半衰期約為五到七個小時，也就是我們晚上七點喝，凌晨一點還有一半存在於我們腦中影響著當下的睡眠。不過半衰期的時長因肝臟中的酵素能力而異，與喝酒臉紅消退速度一樣取決於遺傳，當然後天隨年紀增長導致酵素能力變差也是。

影響睡眠的兩個因子 — 近日節律、腺苷 — 並不會相互溝通。從上圖可以看到，近日節律有著自己的規律，而腺苷所形成的睡眠驅力則是隨著睡眠而下降。至於中間相差的部分就是睡意。從圖中可以看到，晚上十一點的時候睡意最強，於是我們睡覺，早上七點的時候睡意被驅除，所以我們醒來。

如果我們熬夜，我們的腺苷便不會被清除，而且隨著過了半夜一點左右，我們的精神反而會變好。因為近日節律線也就是清醒驅力的上升，讓我們變得沒那麼想睡，甚至到白天，睡意反而比夜晚還要來得小，但到隔天夜晚就會變得超級霹靂無敵想睡。

從主觀上來說，最明顯的是我們失去了對外界的覺察。其實我們身體裡吸收訊號的神經還是有傳遞訊號的功能，包含眼睛、耳朵、鼻子、舌頭、皮膚等等，只是這些訊息來到腦部的知覺閘門視丘後被攔阻下來，無法繼續傳進大腦皮質進行訊號分析，因此睡覺的時候會失去知覺。第二個主觀指標是時間扭曲感，也就是我們在睡覺的時候，記憶組合會以慢速重播，所以當我們從睡夢中醒來，會感覺在睡夢中經過很久。

從客觀上來說，生物的肌肉會維持比較放鬆的狀態、對外部微弱的知覺無感，但有重大事件如地震、吵架、刀割、淹水等情況卻可以逆轉睡眠，因應生存危機直接醒來。在科學上研究睡眠，肌肉是最好的判斷指標，於是使用使用多頻道睡眠紀錄 polysomnography PSG 來紀錄腦波、眼球與肌肉的電極來觀測睡眠狀態。

就機制的角度而言，睡眠是由下視丘所主導。下視丘要讓人清醒，是透過釋放食慾激素 orexin 到腦幹，腦幹開啟視丘閘門便能感知外界，人們就清醒過來。當要進入睡眠時，下視丘停止釋放食慾激素，腦幹也就關閉了視丘閘門的感覺功能，人們也就失去知覺進入睡眠。

在 1952 年，美國的 Aserinsky 與 Kleitman 紀錄嬰兒白天與夜晚的眼球活動時發現：嬰兒在睡眠中的眼球移動具有規律性，而且可以分成兩種主要的形式：

科學家們研究人們的眼球移動規律，發現約每九十分鐘 NREMS 與 REMS 會重複出現，而且每週期的睡眠情形並不一樣。隨著週期越往後推移， REMS 的比例會增加，深層 NREMS 的比例會減少。這也代表如果沒睡滿八個小時，假設睡六個小時好了，平均上來看是少了 25% 的睡眠，實際上損失 60~90% 的 REMS，白話就是睡眠上的飲食不均，完全沒有吸收到 快速動眼期REMS 的功效。

前面定義過客觀觀察人類睡覺的特徵是透過眼球、腦波與肌肉，那沒有特徵的單細胞生物或細菌呢？科學家們研究這些生物的活動模式，發現也有活躍與不活躍的時期，並且與地球的明暗週期相配合，而認為這種活躍模式是近日節律的前身。

然而各種生物的睡眠型態都略有不同，光就睡眠時間而言天竺鼠跟狒狒都是 9.4 小時，松鼠需要睡 15.9 小時，至今為止科學家們仍舊沒有發現決定睡眠長度的決定性因素。

至於睡眠週期的變化，像在水裡游泳的鯨豚類，為了在睡覺時維持游泳，所以一次只有半邊腦在睡覺，此外因為 快速動眼期REMS 會讓全身進入癱瘓的狀態，所以就現在偵測的結果而言，鯨豚類並沒有快速動眼期。

這說明生物體為了適應生存，會改變睡眠的型態。甚至在極度飢餓、危險、沒有地方休息的情況下也會自動切換成不必睡眠的狀態，直到沒有直接致命的生存危機時才會恢復正常的睡眠型態。

今天介紹了促使人類睡眠發生的兩個因子 — 近日節律 與 腺苷 —外，還介紹了睡眠形式中最重要的 非快速動眼期 NREMS 與 快速動眼期 REMS。下一篇我們將著重講這兩種睡眠型態各有什麼功用，敬請期待！