我們每個人每天都會睡覺，但卻很少有人產生這樣的疑問:我們為什么要睡覺？
也許有人會說，那不是廢話嘛，困了當然要睡覺啊。
可是關于睡覺更科學、更深刻的內在原因，卻鮮為人知，讓我們一起來看看華中科技大學的張珞穎是如何解釋的？
本文轉自一席演講
我們一生中大概有三分之一的時間都是在睡眠中度過的，所以如果你今年30歲，那么你從出生到現在大概睡了有10年的覺了。
如果從一個更宏大的演化背景上來看，睡眠這個現象在地球上可能已經存在了數億年了，地球上的動物已經睡了幾億年的覺了。雖然睡了很多年的覺，但其實我們并不是特別清楚我們到底是怎么睡覺的，或者說睡眠是怎么發生的。要研究這個問題的話，我們首先要搞清楚到底什么是睡眠。
從定義上來說，睡眠是一種行為上靜止而且覺醒閾值升高的狀態。那這個覺醒閾值是什么意思呢？就是說當動物或者我們人類進入到睡眠的狀態以后，需要更強的***才能讓我們或者讓動物做出反應。
這是一個卓別林的老電影選段。從這里面我們可以看到，一只狗在它醒著的時候，我們只要接近它，它就會有反應，但是當這個狗睡著了以后，我們拎它的耳朵，拎它的尾巴，它都沒有反應，這就是覺醒閾值的升高。
要研究睡眠的話，我們首先要能夠測量睡眠，最標準的測量睡眠的***就是檢測腦電波。下圖是一些典型的腦電波的代表圖，綠色的是我們清醒時候的腦波。
根據睡眠狀態的時候我們的眼球是否轉動，睡眠又會被分為動眼睡眠和不動眼睡眠。我們通常所說的做夢就是發生在動眼睡眠階段。
大家可能覺得做夢是很高級的一種現象，但是其實動眼睡眠這個階段在一些爬行類動物和魚類中就已經開始出現了。所以可能不只我們人會做夢，包括小鼠，然后一些魚、鳥可能都可以做夢。
不動眼睡眠，根據它的腦電波發放模式的不同，被分為N1、N2、N3三個階段。紅色的就是N2階段的腦電波。N1階段因為跟清醒的時候比較像，所以在這里面沒有展示出來。藍色的是N3階段，我們通常說的深度睡眠就發生在這個階段。
這是一個健康的成年人一晚上的睡眠分布圖。總的來說我們從圖上可以看出來兩個趨勢，一是我們一整夜的睡眠大概就是在動眼與不動眼睡眠間交替往復進行的。二是深度睡眠主要發生在前半夜，做夢主要是發生在后半夜。
講到這里我不知道大家醒著的還有多少，因為我覺得這個場子還挺適合打瞌睡的，所以要是我在演講的時候你們睡著了這很正常，但如果我在演講的時候我睡著了，這可能就是嗜睡癥了。
嗜睡癥患者可以在任何時候，說話的時候，站著、走路的時候，都有可能睡著。比如說左邊視頻里的這位小朋友正在大叫，然后突然就睡著了。
不光是人有嗜睡癥，動物也有，右邊的視頻里的這只狗，它跑著跑著然后就倒下睡著了。
要解釋嗜睡癥，我們就要先解釋一下睡眠到底是怎么產生的。從一個宏觀的環路的層面來說，當我們腦內一些促進睡眠的腦區活躍了，抑制了一些促進清醒的腦區的活動，睡眠就得以發生了。
下丘腦會分泌一種叫作食欲素的激素。食欲素是一個多肽，它有促清醒的作用。如果分泌食欲素的腦區出現了問題，使得食欲素不能正常分泌了的話，就會得嗜睡癥。如果反過來是那些促進睡眠的腦區出現問題的話，那就可能會導致失眠。
下面我再從微觀的分子層面介紹一下睡眠是怎么產生的。這里要提出睡眠的一個基本特征，就是睡眠會積累，缺了覺就需要補，這在生物學上有一個專門的名稱，我們把它叫做睡眠的穩態平衡。
我們可以把穩態平衡機制想象成一個沙漏，在我們醒著的時候，它會一直積累我們的睡眠壓力。直到我們進入睡眠，這個睡眠壓力才能夠得到釋放。當睡眠壓力釋放完畢以后，睡眠就會結束，我們就會醒來。
穩態平衡機制的作用就在這里，它決定了我們會睡多久和睡多深。如果你一夜沒睡，第二天可能就會睡得比平時要久和深。如果你工作日睡得比較少，那周末可能就會要補覺，會睡得特別地久，特別地深。從這里我們可以看出來，睡眠債跟我們欠的所有其他債一樣，都是要還的。
“困”到底是什么呢？在我們的腦內有許多的化學物質，會作為媒介參與到穩態平衡機制的調控中。其中有一種叫作腺苷的化學物質，在我們醒著的時候會在腦內一直積累，它會有促進睡眠的作用。
那么如果有***可以對抗這個腺苷的作用，是不是睡眠就可以被抑制呢？確實是有這樣的***的，最常用的一種可以對抗腺苷的物質就是***。它存在于我們常見的飲品當中，比如咖啡、紅牛、各種茶，還有可樂等等。
腺苷在我們腦內可以跟它的受體結合，從而促進睡眠。而***會跟腺苷的受體結合，讓腺苷不能跟它自己的受體結合，這樣就可以抑制睡眠，促進清醒。
睡眠還有另一個特征，就是它會發生在一天中相對固定的時段，對我們人類來說主要是在夜間。但是即便都是在夜間睡覺，我相信在座的大家作息時間還是挺不一樣的。
比如在座的可能有早睡早起的，每天叫醒我的不是鬧鐘而是夢想的這種，我們稱作百靈鳥型的作息。然后也會有晚睡晚起的，可能每天最大的愿望就是睡到12點的這種貓頭鷹型的作息。
就我個人而言，如果我不受外界因素的干擾，那我大概是凌晨3點睡，上午10點醒，所以我也是一個典型的貓頭鷹型的作息。我們從小到大受的教育可能會讓我們覺得，這種不同的作息規律跟你是勤奮還是懶惰，或者是有沒有好的生活習慣有關系。但是其實也不一定是這樣。
上個世紀的90年代，在美國猶他大學的睡眠診所，有一天有位睡眠醫生迎來了一個60多歲的老太太，叫作Becky。Becky就跟這位睡眠醫生說，我從小到大都早睡早起。然后這個睡眠醫生說，那不是挺好的嗎，早睡早起身體好。
然后老太太說，不是你想象的早睡早起，我是每天晚上7點多就困了，就需要睡覺了，每天凌晨4點多就會醒來。她說，在我年輕的時候這對我的生活造成了不小的困擾，晚上朋友約飯，開個party什么的，我都沒有辦法參加。
然后她說不僅她是這樣，她的母親，她的外祖父，她的兄弟，她的女兒，甚至是她的外孫女，都是這個樣子。她也為這個事情看過很多醫生，那些醫生都說她有精神問題，所以她也挺困惑的，因為她覺得自己精神挺正常的。
這個睡眠醫生聽了這個事情以后，就進行了一個系統的調查，結果發現這個家族中確實有29個成員都有極度的早睡早起的現象。他又讓6個成員到他的睡眠中心來，通過監測腦電波對睡眠進行了測量。然后他就發現，這些人的睡眠確實如Becky所說，比正常的人要早大概3個半到4個小時。
因為這個現象是整個家族都有，所以就是說它是一個可以遺傳的現象。這位睡眠醫生就決定進一步地去調查這個事情。他和一位遺傳學家，也就是我在美國博士后的導師合作，他們發現了這些特別早睡早起的人其實是攜帶了一個罕見的基因變異。
這個變異發生在一個叫作PERIOD2(簡稱PER2)的基因里面，這個變異導致了PER2的DNA序列上的一個堿基對的改變，這個堿基對的改變導致它所編碼的PER2蛋白有一個氨基酸的改變。因為PER2基因是一個生物鐘基因，所以這么一個改變就影響了這些人的生物鐘。
生物鐘這個名詞大家可能都聽說過，它是我們體內的一種計時機制，會使我們的各種行為和生理過程表現出一種24小時的節律，我們稱為近日節律。它不只影響我們的作息時間，還有我們的方方面面。比如說我們的體溫、心率、血壓，甚至是情緒，都有24小時的節律。
生物鐘與近日節律可能在幾十億年前就在地球上出現了。從最簡單的單細胞生物，比如說藍細菌，就是圖上這個綠綠的東西，一直到各種復雜的植物、動物，都有生物鐘和近日節律，所以它是一種比睡眠要古老得多的現象。
這其實也挺合理，挺容易理解的。因為睡眠只是生物鐘調控的無數個生命過程中的一個。在分子層面，生物鐘是由十幾個基因組成的一個反饋環路。
去年的諾貝爾生理醫學獎，就頒給了首次在果蠅里克隆出生物鐘基因的三位科學家。這個基因叫作period,簡稱per。果蠅的per基因在哺乳動物里，包括我們人里面是有3個，分別叫作PER1，PER2和PER3。PER2就是我前面講到的，它的變異導致了那個大家族的極度早睡早起。
我們實驗室研究的方向是PER3基因，我們發現PER3基因的罕見變異也可以導致人極度地早睡早起。除了早睡早起，他們還有一種情緒病，叫作季節性情感障礙，俗稱冬季抑郁。
這個病的主要特征就是，患者在每年的秋天會開始出現一些抑郁的癥狀，然后到冬季的時候，也就是每年12月、1月、2月的時候是最嚴重的，到了次年的春夏又會自發好轉。季節性情感障礙在人群中的發病率大概是1%到10%，這提示我們，生物鐘和近日節律的紊亂可能與精神疾病也有關聯。
前面我給大家講的兩個都是百靈鳥型的早睡早起的變異，還有些變異是可以導致夜貓子型的作息的。比如說美國的科研人員發現，在這個叫作CRYPTOCHROME1的生物鐘基因里面的變異，就可以導致人的極度晚睡晚起。
其實在人群中夜貓子型的作息是比百靈鳥型的要多的。其中有一部分是像帶了CRYPTOCHROME1基因變異的人一樣，是因為一些基因變異導致的。但是還有一些可能是因為環境因素導致的。比如說你晚上其實已經很困了，但是還想玩游戲看電視劇，不想睡覺。
同一個人在年輕和年老的時候生物鐘也不一樣。青年人，特別是十幾歲的青少年，他的生物鐘更加傾向于晚睡晚起的。但現實情況是，青少年每天上學的時間還挺早的，一般是8點鐘或者是7點半，甚至更早。就是說現在這種上學的時間，是要強迫一群本來是夜貓子型的青少年早睡早起，這對于他們其實是挺痛苦的，而且對他們的健康也不太有利。
現在國外有些學校開始試行推遲上課的時間，他們認為這可能會更有利于這些學生的健康，以及他們的認知表現，也就是學習成績。所以如果你的孩子在上課的時候睡著了，請你原諒他，這不一定是他不認真，這可能是他的生物鐘導致的。
聽到這里可能會有觀眾想，聽了很多道理，還是睡不了一個好覺。所以接下來我要和大家聊一下，一些廣為流傳的改善或促進睡眠的***，它們是不是真的有效。
大家可能都聽說過喝牛奶可以促進睡眠，喝牛奶是不是真的可以促進睡眠呢？牛奶以及其他的一些乳制品里面含有一種叫作色氨酸的物質，這種物質在一定程度上或許是可以改善和促進睡眠的。但是不只牛奶里面有，蛋類、魚類、肉類、大豆類產品中也都富含色氨酸。
近年還流行一種睡眠糖。睡眠糖是什么呢？它的主要成分其實就是褪黑素，褪黑素是幫助我們調節生物鐘的，從這個角度上來說它可能在一定程度上可以改善睡眠。但是它最主要的功效是倒時差，而且這個效果還因人而異的，并不是對每個人都有效。
我們小的時候睡不著，爸爸媽媽會說睡不著可以數羊，數羊是不是真的可以幫助入睡呢？如果你在數羊的過程中可以讓自己更放松的話，那它一定程度上是可以促進睡眠的。但是一些研究報道說其實在數羊的過程中，很多人是越數越興奮，越數越焦慮，這樣反而會起反作用。
還有一種大家應該都聽說過的可以改善睡眠的***，就是安眠藥。常見的安眠藥是作用于我們腦內的神經遞質系統，神經遞質系統確實調控睡眠，但是它還負責執行我們腦的各種功能，所以安眠藥不僅會對你的睡眠產生影響，可能還會影響我們的情緒、認知功能包括學習記憶，甚至是運動功能等等，所以在使用安眠藥的時候一定要小心謹慎。
其實除了利用藥物來改善睡眠，還有一些認知行為療法也可以改善睡眠。比如說把睡眠和臥室以及床建立一個關聯，在臥室里、在床上，就只進行睡眠。如果要玩手機、看書、看電視，就不要在臥室和床上進行。如果能比較好地建立這個關聯，當你進入到這個環境里就會比較容易睡著。
所有的科學問題，我們不但要知其然，還要知其所以然。所以科學家們不但要研究睡眠是如何產生的，他們還想研究我們為什么要睡覺。大家可能會覺得，我們為什么要睡覺這個問題還需要研究嗎？我們當然要睡覺了。
但是如果你仔細想一想，睡覺其實也不是那么理所當然。當動物進入到睡眠的狀態以后是不能進食、不能繁殖，甚至是不能保護自己的。
但是即便動物要付出那么大的代價，卻依然要進行睡眠，那么睡眠應該是挺重要的。對于我們人類來說，一晚上的睡眠不足就會導致認知功能的下降，這個大家可能都有體會。一晚上沒睡好，第二天就感覺笨笨的。如果長期缺覺的話，會增加罹患多種疾病的風險，包括肥胖癥、糖尿病、癌癥、精神疾病等等。
如果把大鼠放在圖中這樣的一個裝置里面，對它進行持續的睡眠剝奪，大概過兩周的時間大鼠就會死亡。但是到底為什么會這樣，我們還不太清楚。
目前關于睡眠對腦的影響，一個比較流行的假說是，在睡眠過程中我們腦內的神經元會得到一些修復。在腦內神經元之間會形成連接，構成一個網絡，在醒著的時候，因為腦要接收大量來自外界的信息，這些神經元需要接收處理傳遞這些信息，在這個過程中它們（尤其是神經元的連接處）就會發生一些形態和功能上的改變。
當我們進入到睡眠以后，這些形態和功能的改變可以得到一定的恢復。以便于我們再次醒來的時候，這些神經元可以更高效準確地處理和傳遞新的信息。
但是我前面說了，睡眠不足對我們的危害是方方面面的，所以睡眠的功能應該不止于此。在生物學領域有一句廣為流傳的話，是一位著名的演化生物學家說的：Nothinginbiologymakessenseexceptinlightofevolution。大意就是說，任何生物學的問題都要從演化的角度去分析才有意義。
那么我們不妨從從演化的角度想一想，為什么要睡覺？為什么地球上的動物已經睡了幾億年了？如果從這個角度來分析的話，我們可能會得到一些新的提示。
雖然地球上大多數動物都需要睡覺，但它們的睡眠其實還挺不一樣的。比如說一種叫作夜猴的動物，它就睡得比較久，每天要睡大約17個小時。你的寵物貓大概每天要睡12個半小時。我們人類一般需要8個小時左右的睡眠。而有一些動物就睡得比較少，比如說山羊和馬，它們每天大概睡5個多小時。
到這里大家可能會想，那會不會還有動物睡得更少，甚至是不睡覺的？也是可能有的。比如說一些在水里生活的動物，像海豚，它從來不會出現行為上的靜止和覺醒閾值的升高，也就是我前面講到的睡眠的定義。
科研人員通過腦電波的分析發現，海豚的睡眠其實是左半腦和右半腦交替進行的，就是說腦的兩個半球不會同時進入到睡眠的狀態，所以它從來都不會出現標準意義上的睡眠。
這些動物睡眠長度都不一樣，這反應了它們的睡眠的需求是不一樣的。為什么會這樣呢？或許是因為它們的生存環境不一樣，為了適應生存環境，為了要完成某些特殊的生命過程，它們對睡眠的需求就會不一樣。假設有一些生命過程比睡眠還要重要的話，那它們可能就會舍棄睡眠。
不僅不同的動物睡眠需求不一樣，即便是同一種動物，比如我們人類，不同的人睡眠需求也會不一樣。
我有一個朋友跟我說，她每天只需要睡5個小時。我開始是不信的，但是我前段時間去開會跟她住一個房間，我發現每天晚上我睡覺的時候她在看電視劇，然后第二天她仍然可以神采奕奕地去做各種事情，而我還是會和你們一樣在聽報告的時候睡著，我覺得她每天既有旺盛的精力工作，還有時間可以娛樂，讓我非常地羨慕。
這種特質可能一定程度上是天生的，比如說美國的科研人員就發現一個家族中有一對母女，她們每天大概就睡5個半到6個小時，比家族里面正常的人要少大概1個半到2個小時，從小到大都是這樣，而且她們沒有經歷任何缺覺導致的負面影響。不僅如此，她們還精力旺盛，動力十足。
遺傳學家發現，這是因為這一對母女攜帶了一個罕見變異,在一個叫作DEC2的基因里面。我們把這樣的一類人稱為天然少睡者。
其實還有一些常見的變異也會影響我們的睡眠需求。我前面講到的那個生物鐘基因PER3，也是我們團隊研究的那個基因，它有一段54堿基對長的DNA序列，在有的人里面這段序列重復了5次，有的人重復了4次。
大家在座的大多數應該都是重復4次的，但是也有少數人是重復5次的，他們就比較不幸了。因為他們在睡眠剝奪的時候會更容易感到困，他們也會因為缺覺而導致認知功能受到更大的影響，在補覺的階段他們也會睡得更深，也就是說他們積累了更多的睡眠壓力，我們可以把這樣的一類人稱為天然易困者。
睡眠的多與少也不全是先天因素決定，我們在生命中不同的階段，睡眠需求也是不一樣的。一般來說隨著年齡的增加，我們的睡眠需求會逐漸地減少。除了年齡的影響，一些特殊的環境也可以影響我們的睡眠需求。
我講一個自身的經歷，在我高考的時候，那個時候還需要考3天，那3天里我完全沒合眼，根本一點都睡不著。但是我白天的時候沒有覺得困，也沒有認知功能下降。不但沒有考得比較差，還超常發揮了，比正常水平大概高了30多分，高考完了以后我也沒有需要補覺。
所以從我們現在理解的角度去分析的話，那3天應該是沒有積累睡眠壓力的。到現在我也沒有辦法解釋這個現象。
我在美國做博士后的時候跟合作的睡眠醫生聊天，他說他也遇到過一個案例。有一個睡眠正常的人在大概長達一年的時間里，因為一些學習還有工作的需要，每天就睡5個小時多一點，但是這一年里他也沒有經歷缺覺導致的各種負面影響，所以似乎也沒有積累睡眠壓力。
在動物的研究中其實也報道了一些類似的現象。有研究顯示，饑餓可以抑制睡眠，促進清醒。我想大家也有過類似的經歷，比如說你要減肥，晚上不吃飯，到夜里就會餓得睡不著。不但人會這樣，動物也會，比如果蠅也會餓得睡不著。
果蠅餓得睡不著挺有意思的。如果果蠅經歷正常的睡眠剝奪的話，它是需要補覺的，左邊這個黑色的柱子顯示了補覺的量。如果是因為饑餓導致的睡眠減少，果蠅它基本上是不需要補覺的。可以看到那個灰色的柱子，基本上它的量在零左右。
正常的睡眠剝奪會導致果蠅學習能力的下降，但是因為饑餓導致的睡眠減少，果蠅的學習能力也不會下降。所以這告訴我們，饑餓導致的睡眠減少好像也沒有積累睡眠壓力。
還有一個例子，是一種叫作磯鷂的鳥，在繁殖季的時候，雄磯鷂的睡眠會大幅減少，它不睡覺的這些時間主要用來追逐競爭雌磯鷂，完成它的求偶活動。
最極端的一個例子是，有一只雄磯鷂連續19天，每天睡不超過1個小時，然后在這個過程中它們的認知功能是不下降的。進一步的研究還發現，睡得越少的雄磯鷂產的后代越多，越有競爭優勢，就是說繁殖需求似乎也可以抑制睡眠。
這一系列大量存在的、我們沒有辦法解釋的特例告訴我們，我們對于睡眠的認識還是非常地少。睡眠是一個古老而又日常的現象，但是到現在我們也沒有一個很好的答案去解釋我們為什么要睡覺。假如有一天我們能夠很好地回答這個問題，就可以比較好地認清睡眠的功能，然后才能真正了解睡眠的本質。
我們可以腦洞大開地想象一下，假如有一天我們發現睡眠需求的本質其實就是某些生物化學物質的增加和減少，當然這可能是對于睡眠需求的一個過于簡單的假設，我就是舉個例子。如果是這樣的話我們或許可以每天服用一粒藥丸，把多的物質給減少，把少的物質給補充，這樣就滿足了我們每天的睡眠需求，我們就可以不用睡覺了，或者至少不用每天睡覺。
如果是這樣的話，我們的人生就多了三分之一的時間，是不是就變相地長壽了？你或許會覺得這個聽起來不可思議，連科幻電影都不帶這么演的，但是我們在進行實事求是的科學研究的同時，也可以有一點這種看似不靠譜、不著調的想象。畢竟愛因斯坦都說過，想象力比知識更重要。
最后我祝大家在想睡覺的時候都能睡個好覺，在不想睡覺的時候都可以不用睡覺。
謝謝大家。
