由于一种名为“自发性微觉醒”的机制，睡梦中的我们平均每5分钟就会醒来一次。这种现象出现的原因一直令科学家费解。在一项最新研究中，以色列科学家给出了一种全新的解释：一种特定神经元中随机的电流活动造成了觉醒现象。他们还认为，这种现象对于睡梦中的婴儿的生命健康起着关键作用。
撰文 | Dana G. Smith
翻译 | 吴非
昨晚，你在睡眠中途醒了几次？是因为噩梦、“自然的召唤”或是欧冠醒来一两次，还是一觉直接睡到天亮？都不是。研究给出的数字是惊人的：即使睡得再安稳，你一夜间都可能中途醒来100次。
这种导致我们不断觉醒的机制被称作“自发性微觉醒”（spontaneous arousal），平均每5分钟就会出现一次，每次持续不到15秒。这种颇为神秘的现象普遍存在于包括人类在内的动物界。尽管目前看来，它不会影响我们睡眠的舒适度，但人们还是希望了解，这种机制出现的原因是什么，它对我们的睡眠健康起到怎样的作用。
一些研究认为，在人类演化早期，频繁的觉醒对于我们的祖先有着显著的意义：这样一来，它们对周围环境的警戒性增强，被其他捕食者偷袭的可能性大大降低。以色列巴伊兰大学的资深讲师Ronny Bartsch说：“当你从睡梦中（短暂）醒来时，你听见外界声音的可能性更高。而在深度睡眠期，你与周围环境是完全隔绝的。”还有人认为，自发性微觉醒能帮助我们维持睡眠的可逆性，防止“一睡不醒”。
这种觉醒机制是如何产生的？这一问题令研究睡眠的科学家困扰不已。我们知道的是，自发性微觉醒的频繁出现与噩梦、你室友的鼾声和磨牙声都没有关系，它更可能是与某些生物学机制联系在一起。在一篇发表于《科学进展》（Science Advances）的最新论文中，Bartsch领导的研究团队提出了一条全新的理论：导致自发性微觉醒的，是一类名为“促进觉醒神经元”（wake-promoting neuron）的神经元中随机的电流活动。
神经元噪音导致觉醒？
类似于广播背景中的白噪声，在我们睡眠时，大脑细胞也会持续产生低水平的电流活动。当电流噪音达到某个阈值时，会触发神经元的活动。这项最新研究认为，当这一随机过程触发的是促进觉醒神经元时，这个人就会短暂地醒来。而之所以觉醒的过程十分短暂且不为我们所感知，是因为另一类促进睡眠神经元能将我们迅速带回睡眠状态。
在较为寒冷的环境中，神经元中的低水平电流活动加强。如果上述理论正确，这意味着在炎热环境中，自发觉醒的次数较少。为了验证该理论，研究人员通过计算机模拟了不同温度下的神经元噪音水平，以及不同水平的电流活动如何影响自发性微觉醒。他们还监测了斑马鱼的睡眠状况。斑马鱼有着与人类相似的昼夜节律，但作为变温动物，其身体的温度是由外界环境控制，而不是体内过程。这意味着，研究人员可以通过改变环境温度，来调节其神经元所处的温度。
研究人员将斑马鱼分别置于25、27.7（该水温为斑马鱼的理想温度）、28.9和33.9摄氏度的环境中，并监测各组斑马鱼的睡眠状况。结果显示，水温越低，斑马鱼睡醒的频率越高、每次觉醒的持续时间也越长。这一结果与Bartsch的理论吻合。不过，这项试验并不足以解决争议。哈佛医学院睡眠医学部的神经学家Clifford Saper就在对他们的理论表示认同的同时也强调：“这项试验并没有直接验证他们的理论。”
的确，Bartsch团队所做的斑马鱼试验显示斑马鱼在冷水中醒来得更频繁、每次醒来的时间也更长，但却没有从神经科学的角度揭示它们的神经元噪音水平。Bartsch也表示，目前为止，还没有研究能够测得睡眠的动物的神经元噪音。
按照我们的生活经验，相比于相对寒冷的环境中的高睡眠质量，我们更容易被热醒，这与动物试验的结论似乎相违背。不过需要指出的是，由于炎热的不适感而惊醒，显然与这里讨论的自发性觉醒是两码事。事实上，我们的身体能够很好地调节大脑和身体的温度，因此环境温度的些许差异不会改变神经元的活动。与此相反，斑马鱼的体温随环境温度变化明显。Saper说，斑马鱼“很可能是我能用来研究这个问题的唯一一种动物了。”
拯救新生儿生命？
这项研究的另一个潜在意义在于，它可能为新生儿的睡眠健康乃至生命安全有着重要影响。Bartsch强调说：“由于新生儿更多的是处于变温的状态，因此他们的觉醒情况可能与斑马鱼类似，受到环境温度的影响。”
我们知道，婴儿刚出生时常常被放置于恒温箱中，这是因为他们的体温调节能力还很弱，易受环境温度变化影响。因此，研究者认为新生儿更容易受到神经元噪音的影响。
这一理论可能在婴儿的睡眠过程中扮演关键的角色。尽管对于婴儿家长来说，总是打断睡眠是一件很恼火的事，但这篇文章的作者认为，自发性微觉醒可能拯救了婴儿的生命。婴儿猝死综合征（Sudden infant death syndrome, SIDS）是一个月至一岁婴儿的头号死因，它的发病机制仍然成谜。一种解释认为，意外的窒息导致婴儿的呼吸暂停。而从睡眠过程中醒来能帮助婴儿移动位置或是哭出声来，从而确保他们仍然呼吸顺畅。“我们认为，婴儿猝死综合征患者的神经元噪音水平较低，因而难以自发地觉醒，”这篇论文的第一作者Hila Dvir表示，“自发性微觉醒机制可以防止他们出现缺氧的状况，在这种情况下，他们很难得到足够的保护。”
当然，这项研究的观点还没有得到学界的一致认同。斯坦福大学睡眠科学及医学中心的临床教授Rafael Pelayo就表示：“这些年来，一些研究试图通过单一机制解释SIDS，但它们往往最终陷入僵局，因为这是一种非常复杂的疾病。通过神经元噪音来解释自发性微觉醒的想法很酷，但我认为用它来解释SIDS显得操之过急，SIDS的真实情况要远比这个解释复杂。”
原文链接：
https://www.scientificamerican.com/article/sound-awake-noisy-neurons-may-repeatedly-disrupt-your-sleep1/
发表于 2018-5-3 08:08
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