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人究竟是怎么睡着的?

图片:Yestone.com 版权图片库

Jack Wang,学生理&统计的摄影工作者

首先我想说的是,这个问题仍然没有确切的答案。科学家通过一些方式,能知道大脑在睡着时候的表现,但是出于技术&伦理的限制,我们还不能回答人是怎么睡着的这个问题。 这篇回答从过程表象入手,试图解释一下问题。

睡着的过程,专业的名词叫做 Sleep Onset Process/ Period (SOP)。学界对于 SOP 的研究很早就已经开始,但是却一直没有很大的进展。曾经人们一度认为,醒或睡的关系就像点灯开关一样。但是近来的研究显示,SOP 是一个缓慢进展的过程。

通过 EEG(脑电波图像)的分析,人们很早就知道睡眠分为 REM(快速眼动睡眠)和N1-N3(近来从 N4 修改成 N3)的睡眠阶段。但是从清醒到入睡的阶段,人们一直缺乏认识。

1994 年的时候,Hori, Hayashi 和 Morikawa 对的最开始的“清醒,N1, N2 部分”进行了细致的研究,根据脑电波的不同波形,将这个区域细分为了 9 个小类。对应 EEG 如下(下文中用 H1-H9 表示)

通俗的说,H1-H9 这九个阶段就代表了人从清醒到睡着的过程。H1 是清醒,H9 是入睡。

H1-H2 属于清醒, H3-H8 属于 N1 睡眠,H9 属于 N2 睡眠。那么,睡着的过程就是在 H2-H3 之间咯?

并不。

最近的研究将 SOP 的 H1-H9 分为了三个阶段。H1-H4,H5-H8,H8-H9 (没错就是有重叠)

图表如下

以下是通俗“易懂”版:

H1-H4 阶段,入睡的开始,从清醒进入 N1 睡眠,Alpha 波消失

  • Alpha 波是 EEG 图像中一些大脑活动的表现形式。
    • Alpha 波在这一阶段从最高活跃等级逐渐消失。
  • 这个变化带来一系列生理心理的作用。
    • 对外界刺激的反应变慢
    • 从感到困意到昏昏入睡(有看电影睡着的时候吗?内种昏昏欲睡但是又没睡着的状态,醒来还能回想起某几个瞬间。)

H5-H8 阶段,入睡程度加深,逐渐丧失对外接刺激的反应能力

  • Theta 波出现,Vertex sharp wave 出现
    • 对外界刺激逐渐丧失反应能力
    • 呼吸频率开始降低 (很多人能根据呼吸声判读人是否睡着,道理来源于此)

H8-H9 进入 N2 睡眠,自我真正意识到睡着

  • 心率降低, 慢速眼动降低
  • 开始真正睡着

简单来说,在入睡的时候,Alpha 波活动逐渐减小,Theta 波逐渐增强。我们的意识逐渐模糊,对外界的刺激反应减小,呼吸速率,心跳速率都减小。Spindles 出现后,人类就“丧失意识”,真正睡着了。

研究发现,人们定义睡着和科学家根据 EEG 定义的睡眠阶段有一些区别。如果只经历 H1-H8(对应 N1 阶段),就被叫醒,只有 10%的人会认为自己已经睡着了。与此相对的是,经历过 H9 (N2) 阶段后,大部分人都会认为自己刚刚已经入睡。换句话说,N1 阶段,大多数人还不会认为自己睡着,但是其实,科学角度来讲,已经算睡眠了。

可能有人要问了,为什么我们会进入这个阶段呢?为什么我们到晚上会困,到白天会醒呢?

请参考 @Owl of Minerva 的回答"为什么人熟睡时被强光照射后会醒? - Owl of Minerva 的回答"

及“为什么有人会在半睡半醒的状态下,幻听到从来没有听过的但非常流畅悦耳的音乐声? - Owl of Minerva 的回答

那现在高票回答,Ju Jeep,提到的 VLPO--TMN 的激素抑制关系又是什么呢?

入睡或醒来是体内激素对抗的结果。
大脑前部一个被称为脑侧室前视核(VLPO)的区域主宰着人是清醒还是睡眠。在人体处于黑暗、酒精和温暖的气氛及其他因素中时,VLPO 细胞就会发挥作用,令人入睡。这种细胞发挥作用时,会阻止大脑的其他区域释放令人“清醒”的激素。而这样又会使更多的 VLPO 细胞变得活跃,使人进入睡眠状态。

首先更正他的小错误:

  1. 抑制关系的不仅仅是 VLPO-TMN 而是 VLPO/eVLPO --- TMN/DR/LC
  2. 从定义上来讲,抑制关系里起作用的并不是激素,而是神经递质

看过 @Owl of Minerva 答案的知友们应该了解了,VLPO 和 TMN 就像跷跷板两端的小孩一样,谁“重要”一些,谁就占据先机,把我们带入到睡眠、 清醒的状态里。

这里我用一个更通俗的比喻来解释。

(e)VLPO----TMN/DR/LC 就像两个斗地主的老大爷。如图:

VLPO/eVLPO 是迷糊老大爷,TMN/LC/DR 是精神老大爷。每个人手里都有一把牌。

VLPO 迷糊老大爷手里有 GABA,Galanin 这两张牌,TMN/LC/DR 精神老大爷手里的牌多一些,有 Histamine, NE, 5HT 和 GABA.

白天的时候,因为牌多,精神老大爷占据上风。晚上的时候,迷糊老大爷会得到褪黑色素 Melatonin 的帮助,一般情况下就会战胜精神老大爷。

但是打牌的过程,往往都不会按照理论的方向走:

比如前一天晚上没有睡好,那迷糊老大爷手里的牌就会多一些。

比如喝了咖啡,那迷糊老大爷就会发现牌怎么都打不出去...

比如生成 Orexin 的神经元出现了问题,精神老大爷就拿不到牌..

所以每天早起的过程,都是脑内两个区域互相厮杀的过程呢 :)

Reference:

Ogilvie RD (2001) The process of falling asleep. Sleep Med Rev 5: 247–270doi:10.1053/smrv.2001.0145[PubMed]

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