日出而作，日落而息。對什麼時候該睡覺，什麼時候該起床的問題，我們的身體總是保持誠實。回憶一下熬夜看球或是通宵複習後的早晨，你那種迷迷糊糊腦子不好使的感受，便是不按照身體指令好好休息的代價。
可是我們為什麼要睡覺？有的人認為是為了保存能量和隱蔽；也有的人認為睡覺起著幫助身體恢復的功能；有理論主張睡眠是為了給新的學習記憶騰出空間，也有理論主張睡眠是為了給腦細胞一個機會排掉積攢了一天的“垃圾”。這個問題看起來簡單，但事實上科學界眾說紛紜，至今也沒能給出一個確切通用的解釋。
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不過，大量的科學研究也確定了一件事：我們的睡眠受到生物鐘和睡眠內穩態這兩大機制的調節，生物鐘幫助你白天覺醒黑夜入睡，而內穩態則負責維持睡眠和覺醒的平衡——你處在覺醒狀態的時間越長，你想要睡覺的需求也會越大。可想而知，長時間的睡眠剝奪並不是什麼好事。只是，具體有多壞？比利時列日大學的神經生物學家皮埃爾·馬凱（Pierre Maquet）和同事就在《科學》雜誌上發表了他們的研究結果——為了搞清楚人們在該睡的時候沒有睡覺時，他們大腦到底做了些啥，33名志願者為科學“犧牲”了自己的睡眠。
神經生物學家皮埃爾·馬凱（Pierre Maquet） | fmre-gske.be
馬凱和他的團隊招募了17名男性志願者和16名女性志願者，他們的年齡在21歲上下。這些志願者們自願接受“慘無人道”的待遇——在參與實驗的過程中，他們有連續42個小時是不允許睡覺的！而為了確認究竟哪部分大腦在睡眠剝奪的過程中發揮了作用，他們需要接受12次功能性磁共振成像（fMRI）掃描。在每次fMRI掃描的過程中，他們還必須接受PVT測試（精神警覺性測試）以確定他們當時的反應能力。
所幸，在完成這項“42小時不給睡覺”大挑戰後，他們將能舒舒服服地睡個好覺。好夢之後，他們還將回來接受第13次fMRI，用來與睡眠剝奪時的數據進行對比。在實驗的全程，研究人員還測量了參與者的褪黑素水平，褪黑素濃度的變化反映了他們的生物鐘週期。
參與者們在睡眠剝奪實驗前會在實驗室睡兩個晚上，分別用於適應實驗室環境和睡眠基線測量，之後他們需要在5勒克斯照度21攝氏度的房間中待上42個小時（42h-CR）——不許睡覺。在這個過程中他們會經歷12次fMRI掃描。而隨後，他們能安心休息12個小時，再進行第13次fMRI掃描。| 參考文獻[1]
對比不同時期的數據，研究人員驚訝的發現，睡眠缺失對大腦不同區域的影響並不是一致的。大腦對生物鐘的反應大概可以分為兩種：“嚴格聽話型”和“不管不問型”。大腦皮層下的區域，包括中腦和丘腦等結構就屬於前者——它們是生物鐘的忠實哨兵，無論睡沒睡好，活躍程度都還能與生物鐘節律保持一致。而大腦皮層的大部分區域，比如前額皮質等等，它們就不大買生物鐘指令的帳——只要睡眠需求大了，它們就會自動進入不活躍狀態。馬凱認為，這就是為什麼在熬夜之後，即便是在本該精神的大白天，我們卻依然會“迷迷糊糊”的原因。——當你大腦的許多區域已經完全不理會時間的提示而自顧自得睡覺了，你怎麼能要求它像平時一樣反應機敏呢？
人腦的主要結構：額葉（粉紅色）、頂葉（綠色）和枕葉（藍色） | hzh.wikipedia.org
長時間的睡眠剝奪導致的腦部變化也反映在參與者的行為上。隨著清醒時間的延長，他們變得越來越焦慮不安，無精打采。PVT反應測試的結果也顯示，睡眠剝奪使他們的反應時間變得更長，而受生物鐘的影響，他們在凌晨的表現尤其差。也就是說，這些參與者的認知能力和情緒都遭到了睡眠不足的損害。而在充分的睡眠之後，fMRI測試和其他各項調查都顯示，參與者的各項指標回到了正常水平。但需要注意的是，在這項研究中，這些測試並不是針對長期效應設置的，所以
並不意味著醒兩天睡一天就足夠將熬夜的負面效應都“補”回來。
33個被試樣本量小了點，但是3000人的睡眠剝奪實驗……有點困難。| lovindublin.com
在一夜未眠後的早上9點保持清醒是一件非常困難的事——這是每一個有過刷夜經歷的人都清楚的道理。而馬凱的研究則揭示了這一道理背後的原因。生物鐘和睡眠內穩態對不同的腦部區域有著不同的“控制力” ，這也許能幫助科學家更好地瞭解睡眠對大腦各處的不同意義。而對於我們這樣的普通人來說，馬凱和他的團隊告訴我們的最重要的一件事，我們早已聽過無數遍：沒事還是少熬點夜吧。
參考文獻：
[1] Muto, Vincenzo, et al. "Local modulation of human brain responses by circadian rhythmicity and sleep debt." Science 353.6300 (2016): 687-690
一個AI
說它幹啥，就跟有人會聽似的......
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果殼
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