我們睡著時，大腦裡發生了什麼事？如果用觀察電流活動或特定神經元架構是否啟動的技術檢視大腦，會發現大腦在我們休息時，既沒有運作也沒有閒著。不論醒著、睡著，或在睡眠的哪一階段，大腦中各個不同的部位都在此起彼落地啟動、抑制，彷彿跳舞般地維持平衡。例如，我們睡著後，腦中位於下視丘前面、名為腹外側視前區（VLPO）神經核的區域，會變得更為活躍。這樣一來，腦中涉及讓意識清醒的區域，例如與上升性網狀賦活系統（ARAS）有關的區域，會受到抑制。醒來時發生的事情正好相反：與ARAS有關的區域受到活化，抑制與睡眠相關的區域（例如VLPO）。
至於大腦各區域如何造成我們入睡和清醒，是透過釋放名為神經傳遞質的化學訊息傳遞物質加以管理。腦中控制切換睡眠或清醒狀態的區域（例如VLPO）釋放神經傳遞質，包括γ－氨基丁酸，簡稱為GABA，是一種具抑制性的神經傳遞質，可以中斷有益清醒的神經傳遞質，幫助我們小瞇一會兒。相對地，與清醒有關的腦部區域（例如與ARAS有關的區域）會釋放食欲素、乙醯膽鹼、組織胺、多巴胺、去甲基腎上腺素、血清素，將訊息傳遞到大腦皮質中，讓我們保持清醒。這個複雜細微的機制，基本上就是大腦中發生的事情。
為什麼睡覺？
即使是最聰明的科學家，在探討我們為什麼睡覺一事上，仍然意見相左―但大家都同意，睡覺非常重要。芝加哥大學榮譽教授艾倫．列芬說得好：「如果睡眠沒有重要功能，它就是演化上最大的錯誤。」所以，我們為什麼睡覺？
一九八○年代，列芬試著解開這個謎團，嘗試不讓動物睡覺等方法。他把老鼠放在水塘的碟片上，強迫老鼠保持清醒；如果牠們有要睡覺的跡象，就轉動碟片。就像我們在機場要保持清醒才能走下輸送帶一樣，這些老鼠也要保持清醒才能留在旋轉的碟片上。如果碟片轉動而牠們沒有跟著走動，就會掉進水裡。缺乏睡眠過久，會造成各種生理變化，例如體溫調節失常，提供線索讓我們知道在日常生活中，哪些事情是睡眠可能協助「維持正常」的。
人們也很快發現，生命本身不容許不睡覺的狀態；兩三週沒睡的老鼠會死亡。為了區分不同類型睡眠的重要性，科學研究團隊進行了其他實驗，只讓老鼠缺乏REM睡眠類型，但相對地享有NREM睡眠類型的益處。老鼠再次很快就死亡，但是這一次，多數老鼠都得以存活較長時間，約四到六週。老鼠不睡覺就無法存活，人類是不是也一樣？
這個問題，問很容易，回答很難。幸好，世上沒有哪個道德委員會會准許以剝奪受試者睡眠、直到他們生病或嚴重受創為目的的實驗。儘管如此，我們還是可以參考自然發生的不睡覺現象。比較戲劇性的例子就是飽受「致死性家族性失眠症」（FFI）這種罕見遺傳性疾病所苦的病人。患者無法入睡，平均而言，在症狀發展約十八個月後死亡。這種異常是普里昂蛋白疾病的例子之一，就是不正常的蛋白質累積在腦部造成傷害。FFI會攻擊視丘，視丘是腦中控制睡眠與清醒週期的重要部分。有這種異常的人，睡眠模式也異於常人，包括睡眠時間縮短、睡眠階段混亂與惡化，最後造成完全無法睡覺。雖然這種病綜合不睡覺和死亡，有時讓人覺得是前者是因、後者是果，但我們不應該憑感覺就下定論。這種讓人絕望、退化的疾病還有其他特徵，也可能造成死亡。FFI的症狀不只有失眠，還有失智、語言能力障礙、吞嚥困難、體溫調節障礙等等。
完全、過長缺乏睡眠的歷史案例，也提供資訊說明睡眠有多重要。以蘭迪．加德納為例―這名高中生在一九六○年代，曾經因為實驗的關係，兩百六十四個小時不睡覺，也沒有攝入咖啡之類的興奮劑讓自己保持清醒。據報他在缺乏睡眠期間，為各種問題所苦，包括協調性不佳、暴躁、妄想等等。
然後，到了二○○四年，我準備要交博士研究的時候，出現了一檔電視實境節目，邀請十名參與者一週不睡覺，看誰能贏得十萬英鎊的獎金。看到這種實驗竟然能以娛樂之名獲准進行，真是令人震驚；我不確定以科學的名義是否能獲得准許，尤其是因為原始的老鼠實驗十分知名，衝擊力十足。節目優勝者克萊兒忍受嚴重的睡眠不足，超過七天沒有睡覺，靠著不斷在腦海中唱歌、玩眨眼遊戲保持清醒。缺乏睡眠對參與者造成的影響非常明顯，與加德納經歷過的非常類似：脾氣暴躁、產生幻覺，一位參與者堅信自己是澳洲首相。很顯然，我們需要睡眠；缺乏睡眠會讓我們無法控制情緒、幻覺、妄想。但是，睡眠對我們為何如此重要？
睡眠的理論
睡眠的主要理論之一是，我們睡覺，是為了節省能量或避免危險，有時候會稱這種說法為「演化理論」。這些理論當然有道理，可能是謎團拼圖中的一塊，但是否能完全解釋我們睡覺的原因？以節省能量為例：這種說法假設我們在睡覺時消耗的能量較少，因為睡眠時體溫較低，還有其他生理變化，包括NREM階段時的新陳代謝率較低。支持這種理論的證據，來自觀察動物體型大小與牠們所需睡眠長短間的關係。整體而言，新陳代謝率高、能量消耗較快的小型動物，睡得比較久。黃金鼠一天可能要睡十四點三小時，長頸鹿一天可能只要睡超過一點九小時就行。當然，不是所有的情形都這麼直截了當。例如，天竺鼠雖然很小，但一天只要睡九點四小時；而體型大得多的老虎，一天則要睡十五點八小時。
節省能量假說的擁護者有時候會用冬眠的動物來打比方。冬眠的動物會大幅減緩新陳代謝、將體溫降低至攝氏負二點九度，以節省能量度過冬季。但睡覺不是冬眠；睡覺時節省的能量顯然沒有冬眠那麼多。各位知道我們整夜沉睡與整夜不睡相比，能省下多少能量？據估計，只有一百三十四卡；我工作一天後從辦公室回到家中，路上吃掉最愛的巧克力棒都不只這個熱量了。如果睡眠的主要功能是節省能量，為什麼沒有省下更多卡路里？可能因為睡眠中發生的基礎生理流程仍然需要能量。若考慮睡眠的不同階段，這個理論就更不合邏輯了。REM睡眠階段涉及的腦部活動和清醒時類似，和醒著的時候相比，完全沒有節省任何能量。別說巧克力棒了，睡覺省下的能量都還不夠我們吃一根芹菜棒。
最後，我們還發現，有些動物睡眠時特別不可能節省能量，例如海豚。海豚一次只有一邊的大腦進入睡眠狀態，所以可以持續游動。沒錯，海豚（和其他水生動物，例如鯨魚、鼠海豚，偶爾還有某些鳥類）睡覺的方式比較奇特。當牠們要睡覺時，只有一邊的大腦會進入睡眠模式，而且很有趣地只會進入慢波睡眠，不是REM睡眠。另外半邊的大腦對周遭的世界仍然維持相當程度的警覺，也只會閉上一邊的眼睛（通常是與睡著那半邊的大腦相反的眼睛）。海豚會換腦睡覺，所以大腦兩邊都可以得到睡眠的益處。至於為什麼會有這種情況，有人認為海豚這麼做可以游到水面呼吸、留意環境中發生的事情、產生熱量。所以，海豚和其他動物似乎可以在半邊大腦清醒時繼續游動，因此牠們不太可能是以節省能量的方式睡覺的。但牠們還是會睡覺，所以睡覺似乎另有目的。若不把睡覺當成節省能量的方法，另一派較具說服力的觀點認為，不同的行為狀態，讓能量可以以最佳的方式分配給重要的生理流程。
至於避免危險一說，它的概念是如果我們上床睡覺，就比較不會去調皮搗蛋。對其他動物而言也是同樣的道理―準備睡覺時，會蜷縮在能避開危險的地方。但這種說法真的有道理嗎？像人類這種日行性動物，會在最可怕的時刻、周遭環境一片漆黑時睡覺。睡著後，我們就失去了警覺能力，所以與清醒時相比肯定比較容易受傷害。獵食者造成的危險加劇，我們身遭各種殘酷罪行的可能風險也更高。我自己就曾經在睡覺時被人偷偷拍照―打呼打到一半、雙下巴，還流口水！
比較合乎邏輯的理論認為，睡覺似乎可以讓大腦和身體有機會自我修復。我們也確實知道，睡覺讓身體有專門的機會在晚上製造某些荷爾蒙。深沉睡眠期是生長荷爾蒙的分泌高峰，對細胞再生十分重要，讓身體可以替換受損、老舊的細胞，讓我們成長、改變。睡覺讓我們可以重新調整、恢復身體生理機能的良好平衡。
最近的修復理論之一認為，睡覺讓大腦可以「洗澡」，沖掉我們在日間累積的毒素。這種理論的概念是，當我們清醒時，毒素會在腦中累積。累積的毒素有各種形式，相關研究較多的是β－澱粉樣蛋白，是一種主要涉及阿茲海默症發展的胺基酸。睡覺的時候，某些腦部細胞會收縮，留出更多空間讓液體可以移除這些毒素。
睡眠的其他理論進一步指出，睡眠對於資訊和記憶處理非常重要。這不是說我們在睡夢中還會學習新資訊，而是會整合我們在白天學到的東西。有些人可能有過這種經驗：上床睡覺的時候，腦子因為考試要複習而迷迷糊糊的，不知道到底讀了什麼、這些知識要怎麼整合。隔天起床可能發現，腦中已經完成歸檔，每樣東西都好好地放在該放的位置上，不假思索地就能回想起來。
作者介紹│愛麗絲‧葛雷戈里Alice Gregory
從事精神科醫師三十多年，曾與一萬兩千多顆心對話、分享。近十五年來，與政治人物、法律人、企業CEO和員工等各領域佼佼者暢談心事，同時也在社會各個角落陪伴心靈創傷者。
本文經授權轉載自貓頭鷹出版《為什麼睡不著？從小到老的睡眠科學（獻給崩潰爸媽、躁動青少年與失眠老人的好眠建議）》（原標題：瞌睡兮兮的大腦）
責任編輯／陳怡蓁
