麥可．楊恩在二○一七年得知自己獲得諾貝爾生理醫學獎的那天，他在洛克菲勒大學教職員俱樂部舉辦的臨時慶祝活動分享了一則有趣的軼事：用分子時鐘計算睡眠和其他行為時間的想法一開始遭到嘲笑。「基因影響行為？沒人相信。」然而，超過35年的研究顯示，我們的清醒/睡眠週期（以及大多數其他生理功能和行為）的確由分子時鐘調節，而楊恩和他的研究團隊則是第一個在果蠅身上找到這種機制的人。這種時鐘是嬰兒睡眠法的基礎，我將在這一章介紹背後的科學知識，包括時鐘的組成、位置及影響因素。
我們每個人都有生理時鐘，這個時鐘調整我們的行為和生理功能，藉以幫助我們組織一天的生活，如第30頁的「生理時鐘」所示，它告訴我們夜晚要睡覺，早上要起床；要吃早餐、午餐和晚餐，讓我們的身體在那些時間做好準備，以便達到最佳的消化吸收效果；它調節我們的體溫和免疫系統。我們所有的精神狀態，包括情緒、警戒、動力，全天都受內在生理時鐘的調節而發生變化。
什麼是生理時鐘？它如何控制？
根據自然規律，不只睡眠有最佳的時間，也就是晚上，生理活動的最佳時間是在下午，而最佳排便時間則在早晨。這種日常規律的科學名稱就叫作晝夜節律（circadian rhythm），這一詞來自拉丁語「circa」（關於）和diem（日子），組合起來便是「關於日子的事」，因為一次週期的時間總長度就是一天。身體裡幾乎所有的生理功能都由晝夜節律控制。
所有動物，甚至植物都有生理時鐘，它幫助地球上所有生物為白天的陽光和高溫，以及夜晚的黑暗和寒冷做好準備。植物需要調整葉片的位置，好在第一道光線照射下來時便能開始行光和作用，掠食者利用生理時鐘知道狩獵的時間和獵物的可能位置。舉例來說，如果羚羊在晨昏時經常出現在河邊，獅子就應該在晨昏之前前往水塘邊，才不會錯過獵物；較冷緯度的動物需要在日落前找好棲身之地，才能躲過夜晚的寒冷。這些動物王國的案例說明了生理時鐘的功能，也就是預測環境的變化。
如果你將一盆植物放在完全黑暗的房間裡，永遠照不到陽光呢？它仍會預測陽光的來源，據此轉動葉片，並且在「白天」時隨著不存在的陽光從房間的一側轉向另一側，到了「夜晚」也會關閉葉子以保持濕度，這一切都發生在全黑的環境中。最驚人的是，只要植物活著，就會持續這樣的行為，不過在全黑環境中的植物活不了太久。
很有趣吧，但這和我及我的寶寶有什麼關係？
時鐘的威力
假設你平時是晚上11點入睡，早上7點起床，若將你放到一個沒有窗戶的公寓，曬不到太陽，沒有電視，沒有網路，沒有其他時間的線索，但你隨時可以打開電子光源，可以盡情地吃東西、看書、看電影，你可以隨興安排一天的時間，決定什麼時候要關燈睡覺，你認為會發生什麼事？ （相關報導： 禁帶手機、電腦，獨自關小房間5天就有千萬獎金！實驗3小時後…參賽者就出現這些驚人舉動 ｜ 更多文章 ）
這個實驗真實發生過，而且在不同國家有不同的研究團體不斷重複實驗。結果發現，你的節律會和日常生活完全一樣，你還是會在平時睡覺的時間上床，在平時起床的時間醒來，每一天都是如此，即使你身處那樣的條件。這就是時鐘的力量，你會發現每天晚上11點上床睡覺，早上7點起床，而這樣的作息對我們的小寶寶來說非常可取。
時鐘如何運作
時鐘如何運作，我們如何運用這種知識，讓寶寶一夜好眠？因為地球的自轉及公轉，一天有24小時，我們的內在時鐘也演化出一套將近24小時的晝夜節律，一個循環的長度是24小時，這個長度稱為一個週期。如果地球旋轉的速度減緩，白晝變長，我們的週期或許也會超過24小時。
我們內在時鐘的動力何來，是什麼告訴我們時間？大約50年前，科學家發現時鐘受我們體內一組基因控制，這組基因稱為時鐘基因。一九七○年代早期，基因學家隆恩．柯諾普卡（Ron Konopka）和賽莫爾．班瑟（Seymour Benzer）在加州科技研究所工作時，曾提出以下問題：只發生在特定時間的特定行為是否需要某些基因存在？他們以一種迷你果蠅黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）發展出一套模型系統，找到了答案。
在正常的發展過程中，蒼蠅卵會孵化成幼蟲，大量進食並成長，7天後，幼蟲開始結繭，並在蟲繭中變態為成年蒼蠅。成熟的蒼蠅會破繭而出，這個過程稱為脫蛹，距離蟲卵落地只有10天。有趣的是，脫蛹通常發生在清晨，如此一來，剛脫蛹的蒼蠅才能在溫暖的白天展翅，在光亮的環境中習慣他們的新身體。
洞穴與碉堡實驗
納撒尼爾．克萊特曼（Nathaniel Kleitman）是第一位不在社會24小時活動週期的情況下測試人類行為的研究者，他於一九三八年六月到七月，用一個月的時間，讓受試者待在肯塔基州的猛獁洞裡，研究他們的晝夜節律。洞穴裡對受試者進行了人工控制：一天的時間長度從24小時，改變為21小時或28小時。他監測他們的體溫和心跳，希望能了解人們是否會改變內在機制，也就是從生理上將24小時的節律改為21小時或28小時。
他發現，即使人們外在的環境改變了，人體還是會維持24小時節律—這個證據清楚表明內生晝夜節律的存在。
尤金．阿紹夫（Jürgen Aschoff）和德國研究者在一九六○年代也進行了類似的實驗，他們在安德克斯（Andechs）一個巴伐利亞人的小鎮裡，利用二次世界大戰的碉堡建立一個實驗公寓。受試者可依喜好開關電燈，並依他們平時日夜作息做事，許多學生參與者利用在碉堡的時間準備考試。計畫在一九八○年代早期結束，參與這份「碉堡實驗」的受試者超過三百人，結論很清楚：即使沒有陽光，人們仍維持近乎24小時的節律，這一點進一步證明了內在晝夜時鐘的存在。
為了探討蒼蠅在早上脫蛹是否受基因影響，柯諾普卡和班瑟讓果蠅暴露於破壞DNA的化學物質或誘變劑中，從而隨機干擾個別基因的功能，然後觀察該基因是否影響脫蛹的時間。某些突變的確導致果蠅脫蛹時間失常：突變的果蠅未在早晨脫蛹，而是在白天或黑夜不定時脫蛹。此外，研究者發現另外兩種突變，果蠅並非時間錯亂，而是將24小時的蛻變週期縮短成19小時，或延長為28小時。
果蠅研究中有一種傳統，他們會根據基因遺失後會引起的問題命名該基因，柯諾普卡和班瑟發現的突變改變了行為週期，科學家便將這個時間錯亂的突變稱為蠅期，其他兩個則分別稱為短蠅期和長蠅期。幾年後，我的導師麥可．楊恩首次複製了蠅期基因，從而描述了該基因的特性。複製第一個時鐘基因，這個發現讓他及他的同事於二○一七年獲得諾貝爾生理醫學獎，蠅期基因的發現打開了一扇門，讓我們在基因的基礎上了解晝夜節律。
我們的實驗室及其他研究發現了時鐘基因網絡，這些網絡負責管理我們體內的時間。
在這項開創性研究的基礎上，我們的實驗室及其他研究發現了時鐘基因網絡，這些網絡負責管理我們體內的時間。時鐘基因存在於身體內大多數細胞內，每個細胞都有它自己的時鐘，這些時鐘如何與其他細胞的時間同步呢？大腦中有一個結構稱為視交叉上核（SCN），它被認為是人體的中央時鐘。SCN神經元的放電頻率日夜變化—白天最高，夜晚最低，SCN的放電頻率能讓大腦其他部位及器官組織了解現在的時間。
作者介紹 | 蘇菲亞‧阿克塞爾羅德（Sofia Axelrod）PhD
睡眠研究科學家，為2017年獲得諾貝爾生理醫學獎的導師麥可．揚格實驗室效力。阿克塞爾羅德博士在懷第一胎時，讓一向睡眠不足的她擔心自己再也無法入睡。生產後，很自然地就運用專業知識，讓寶寶和自己都能有好睡眠，因為非常有效，所以她也開始宣導相關知識，透過寫作談論睡眠科學的力量，幫助同為欠眠所苦的家庭。在她的努力下，許多新手爸媽都得到最需要的東西：良好的夜間睡眠，造福了無數家庭。
本文經授權轉載自如何出版《科學驗證、保證有效的寶寶熟睡法》 （相關報導： 禁帶手機、電腦，獨自關小房間5天就有千萬獎金！實驗3小時後…參賽者就出現這些驚人舉動 ｜ 更多文章 ）
責任編輯／連珮妤
