Science子刊：我們為什麼要睡覺？

來源：生物探索

人的一生中約有三分之一的時間在睡覺，對於任何一種動物來說，睡眠都是其生存所必須的過程。有研究表明，動物在醒著的時候會受到一定程度的神經系統損害，由此產生的受損基因和蛋白質，會在腦部堆積並引起疾病，而睡眠有助於修復這種損害並清除這些垃圾。

也有研究發現，睡眠可以促進與學習和記憶鞏固相關的神經塑性重組及突觸的生長。但目前人們對於神經修復和重組在睡眠期間的相對作用，以及其在個體發育過程中是否會發生變化仍不清楚。

近日，由英國帝國理工大學、美國加利福尼亞大學以及德克薩斯大學的研究人員組成的研究團隊在《Science Advances》上發表了題為Unraveling why we sleep: Quantitative analysis reveals abrupt transition from neural reorganization to repair in early development的研究成果，揭示了個體系統發育過程中睡眠的變化，發現神經塑性重組主要發生在快速眼動睡眠（REM）中，而睡眠的主要功能會在約2歲半時發生變化，由神經重組及學習轉為功能修復和垃圾清除。

DOI: 10.1126/sciadv.aba0398

研究人員利用來自60多項包括人類和其他哺乳動物的睡眠研究的數據，進行了迄今為止最全面的睡眠統計分析。檢查了個體從出生到成年整個發育過程中的睡眠數據，包括總睡眠時間，REM睡眠時間，大腦大小、體重，腦代謝率、身體代謝率和睡眠代謝率（SMR），以及個體發育數據等，並建立了獨特的定量理論和數學模型來分析突觸密度、睡眠時間、大腦大小與腦代謝率之間的聯繫，解釋個體發育中睡眠如何隨大腦和體重變化而變化。

發育早期的不同睡眠時間比例

發育後期的不同睡眠時間比例

數據分析發現，REM睡眠會隨著大腦的增大而減少。新生兒的睡眠時間中有50％為REM睡眠，但到10歲時其佔比會下降到25％左右，且隨著年齡的增長而持續減少。50歲以上的成年人的REM睡眠時間僅佔15％。REM睡眠時間的減少大概是從2歲半開始發生的。而且當所有物種達到相當於人類約兩歲半的年齡時，其REM睡眠時間也會開始急劇下降，無論是小鼠、兔子還是豬。

功能轉化前的腦代謝及與腦質量和年齡的關係

REM睡眠佔比的顯著下降，也代表睡眠功能正在發生重大的變化。研究發現2歲半前的睡眠主要功能是進行大腦的構建、神經重組和學習，而2歲半後，睡眠的主要功能逐漸轉化為大腦的維護和修復，即神經系統損害的功能修復和代謝物等垃圾的清除。且後期幾乎所有的大腦修復都是在睡眠中進行的。

睡眠功能從重組到修復的轉變

該研究的作者Gina Poe說，對於大多數成年人來說，每晚七個半小時的睡眠是正常且需要的，嬰兒和兒童需要更多甚於兩倍的睡眠。長期缺乏睡眠可能會導致產生痴呆症、糖尿病和肥胖症等健康問題，而睡個好覺，是免費的良藥。

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參考資料：

[1] Unraveling why we sleep: Quantitative analysis reveals abrupt transition from neural reorganization to repair in early development.