当我们睡觉时，大脑在做什么

谢世泽

睡眠可以把各种动物的活动限制在特定的一段时间。在这段时间里，动物可以很有效率地寻找食物，并避开其他动物的攻击。但是对于已经没有了被天敌捕食的担忧，可以随时随地躺下呼呼大睡的人类来说，我们睡着的时候大脑也在休息吗？做梦的时候大脑有哪些活动呢？

原来大脑“不睡觉”

过去，科学家们普遍认为睡眠是一段恒定不变的时期，只有很少的身体和大脑的活动。直到1952年，研究者记录了睡眠中人的脑电波，才发现睡眠是由不同的阶段组成的。

一个晚上，你可以多次进入一个被称为“快速眼动睡眠”的状态，这个阶段，你的脑电波看起来很像醒着的时候，但你的身体却是靜止的，只有眼动肌会动。这个时候，你会做一些生动而详细的梦。对于这个阶段，一个形象的说法是：一个瘫痪的躯体里有一个活跃的大脑。相应地，其余的睡眠时间你则处于一种叫作“非快速眼动睡眠”的状态。这个阶段一般不会产生复杂的梦，但你的身体是可以活动的。这个阶段可以被描述成：一个可以活动的躯体里有一个空闲的大脑。

大脑中的“清道夫”

人类在清醒时，大脑产生的代谢废物，如果不被及时清理掉，就会堆积起来对大脑造成损伤，那么，这些代谢废物是怎么通过睡眠被清理掉的呢？

科学家采用双光子显微镜等新技术，发现了这个“清道夫”的庐山真面目，原来是神经胶质细胞。在睡眠中，神经胶质细胞调控大脑中的组织间隙，增加大概60%的空间。更大的组织间隙就像更大的排水管道，使得大脑中的代谢物可以被高效地清理掉。研究人员发现，在睡眠状态下清除废物的速度是清醒时的两倍，这也证明了睡眠的修复作用。

梦中真的可以“解题”吗？

俗话说，解决一个问题最好的方法就是睡一觉。历史上有很多传奇故事似乎也证明了这句话。比如著名化学家凯库勒梦到一条蛇咬住了自己的尾巴，形成旋转的环状，于是，他想通了苯分子的环状结构。又比如俄国科学家门捷列夫做梦时梦到元素纷纷落到了一张表格的合适位置里，于是他制作出了著名的元素周期表。那么，梦中真的可以“解题”吗？

从研究者目前积累的大量资料来看，睡眠确实有助于学习和记忆的巩固。学习过程中，大脑可以形成很多新的突触（突触是神经元之间在功能上发生联系的部位，也是信息传递的关键部位），但是太多的突触会占用大脑大量的空间，我们并不能无限地往脑里塞东西。

研究发现，在睡眠中，一部分连接强度弱的突触会被选择性地消除，同时一小部分比较重要的突触可以通过巧妙的办法加强和保存下来。

这些发现从很基础的层面解释了睡眠对学习和记忆巩固确实存在一定作用。当然，睡眠不是万能的灵药，白天的努力工作和学习也是必需的。

做梦时大脑可能在复习？

研究人员做了一个有趣的实验：他们让大鼠沿着环形的轨道单方向反复跑动来获得食物奖励，然后记录下大鼠存储空间记忆的海马区里位置细胞的活动。位置细胞是只对特定的空间位置响应的细胞，比如一小群对应左上角，一小群对应中央位置。然后研究人员就可以记录下大鼠在轨道里跑动的海马位置细胞的激活模式。

有意思的是，当大鼠睡着了，进入非快速眼动睡眠之后，海马区相同的位置细胞激活模式竟然出现了，就像大鼠的大脑正在回放训练中的经历一样。我们可以合理猜测，我们在睡眠中可能会重现白天的任务，这种重现也许可以达到增强学习的效果。

夜已深，就赶紧躺到床上去吧。睡梦中，你将会体验一个又一个荒诞、不合逻辑的故事。或许在梦里，你可以想象某些超然于你清醒时对自然界感知的结构和情境呢。

（选自2021年第8期《知识就是力量》，本刊有删改）