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科普知识

大脑为什么需要睡眠?

来源:转载自公众号“心康乐” 作者:
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现如今,有很多人都被“睡眠剥夺”虐过:感觉身体被掏空、暴躁易怒、很难集中注意力等等。所以,睡眠对大脑的重要性真的超乎想象。尽管在入睡后大脑似乎“歇菜”了,但是它并不是不工作的。通过脑电活动模式的研究我们可以知道,当你睡着时,大脑在两种模式中转换:快速眼动(REM)睡眠和慢波睡眠。

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慢波睡眠更多地发生在夜晚,它的特征是大量脑细胞的脑电活动节奏缓慢(每秒产生14次)。随着夜越来越深,我们的REM睡眠越来越多。在REM睡眠期间,我们常常会做生动的梦。此时大脑所展现出的模式与我们清醒时类似。

在我们清醒的情况下进行学习时突触连接会增强,睡时则会抵消这些增强作用。通过睡眠有效地“清理垃圾”,我们才可以在第二天继续学习。干扰这个过程在某些情况下会导致更多的记忆被增强(也许是你不想要的记忆)。

睡眠对于保持大脑的最优活动状态很重要,随着年龄增长我们的睡眠模式可以反映出这种重要性。婴儿和孩子睡眠时间比成年人多得多,也许是因为他们的大脑在发育,学习得更多,经常要面临新的状况。经过科学家不懈的努力研究发现,睡眠对于信息、数据、姓名、日期公式的记忆,对于白天没有解决问题的进一步思考解决,甚至对与那些需要重复练习的乐器、体育动作等,都有不可估量的价值。

这里最有价值的发现,就是对于睡眠模型的发现。这个睡眠模型最终由意大利那不勒斯费德里克二世大学的安东尼奥·朱迪塔(Antonio Guiditta)所率领的一组科学家,在1995年的时候首度提了出来。之后,该理论又由后来者不断充实,其中最主要的两位学者是哈佛大学的罗伯特·斯蒂克戈尔德,以及加拿大特伦特大学(Trent University)的卡莱尔·史密斯(Carlyle Smith)。睡眠模型见下图。

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我们看到睡眠一共有5个阶段。其中的一个阶段特别叫做眼动阶段或者REM阶段。这个阶段对于记忆以及逻辑思维解决问题,有着关键的作用。那么这个睡眠图对我们有什么意义呢?

最大的意义,就是颠覆了我们的以往的认知,我们以为只有白天清醒的时候才能学习、解决问题,所以很多人会轻视睡眠,甚至以少睡为荣。实际上减少睡眠,是最不科学的利用时间的方式,大量有难度的问题的解决,都是在睡眠中完成的。我们知道化学分子式苯环的结构,就是德国化学家弗里德里希·凯库勒(Friedrich August Kekule)在梦中发现的,而元素周期表,也是俄国化学家门捷列夫在睡觉的时候发现的。

如果你或者你的孩子正在学习钢琴或其他乐器,或者正在学习篮球等运动项目,那么我们看到睡眠曲线中的第二个阶段,就是专门负责在睡眠状态中,继续提高你的钢琴水平篮球技巧等项目的时间段。这个时间段对音乐学习、体育学习、机械学习,比如驾驶等有重大价值。科学家们试验发现,如果这个阶段被叫醒,就会让上述项目等学习大打折扣。

而眼动睡眠(REM睡眠)阶段,可以为大脑中的信息建立关联,建立已知和未知的关系,甚至可以发现白天无法发现的逻辑的内在关系,所以这个阶段被科学家们单独拿出来定义。而更重要的是,从睡眠图可以发现,这个阶段大部分在早晨快要醒来的一段时间,也就是说,如果你睡眠不够,或者早起,就会让你本来很厉害的解决问题的能力被破坏了。所以,我们知道有些很聪明的人,特别喜欢睡懒觉。

当我们需要解决难题的时候,可以在晚上看一大堆关于要解决的难题的资料,然后就可以把问题交给睡眠去解决了,这也是一个非常棒的好方法。如果把晚上的时间耗费在刷手机追剧,就太可惜太浪费了。

我们再看看阶段3和阶段4,这两个阶段,是深睡眠阶段。这两个阶段也没闲着,这两个阶段对于记住新学的信息,比如数据、公式、定理等等这些内容,有非常重要的帮助作用。

足够的睡眠总体上,对人类的学习技能的提升,能够达到10%-30%不等。

 

睡得不好会发生什么?

充足的睡眠对于学习和注意力非常重要。当睡眠被剥夺时,我们无法关注大量的信息,也无法长期保持注意力。我们反应时间减慢,创造力减弱,在解决问题时也不太可能发现背后的线索。

当你睡眠不足时,大脑会在你清醒的时候强迫自己关闭几秒钟。在这个“微睡眠”期间,你会持续几秒钟无意识状态而不自知。疲劳驾驶是车辆事故的主要原因,睡眠剥夺对大脑的影响和酒精一样严重。睡眠剥夺还会导致工作中出现致命的事故,这也是倒班工作的人所面临的问题。

睡眠对注意力的影响对儿童来说尤为重要,因为如果孩子睡眠不足,他们在课堂上会异常活跃并且捣乱。一项研究发现,连续几天比平时少睡一小时就会对孩子在课堂上的行为造成负面的影响。

 

下面的睡眠数据,是2016年美国国家睡眠基金会公布的最佳睡眠时间。

新生儿(0-3个月):每天睡眠时长为14-17个小时。

婴儿(4-11个月):每天睡眠时长为12-15小时。

学走路的孩子(1-2周岁):每天睡眠时长为11-14小时。

学龄前儿童(3-5周岁):每天睡眠时长为10-13小时。

学龄儿童(6-13周岁):每天睡眠时长为9-11小时。

青少年(14-17周岁):每天睡眠时长为8-10小时。

青年人(18-25周岁): 每天睡眠时长为7-9小时。

成年人(26-64周岁):睡眠时长维持在7-9小时。

老年人(65周岁以上):睡眠时长为7-8小时。

千万不要以少睡为代价去工作学习,会让你事倍功半。想要早起,就不要晚