本文发表在《大众科学》的前博客网络中，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
尝试向一个外星人解释我们为什么睡觉。尽你所能。
“嗯，我们累了。我们的大脑需要休息。”
“我明白了。那么，你在休息时会找到另一种自我保护的方式吗？”
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“嗯… 不。我们的身体会瘫痪，我们会失去意识。”
一阵尴尬的沉默。外星人歪着头，假装理解。
“但是！我们有时会做梦！”
“做梦？”
盲目地，你没有意识到自己听起来有多么荒谬，你以空前的速度和节奏继续说道：“是的！梦是从思想中投射到思想中的奇幻故事，有时会混杂着已经发生过的事情！”
你喘了口气，傻傻地笑了。
“而且… 这有助于生存？”
“嗯… 不。有时内容会让我们在清醒的生活中感到困惑，”你突然意识到。
外星人沉默地眨了几下眼睛，皱着他的非眉毛
“让我看看我是否理解。你们的物种会花费他们三分之一的生命瘫痪地观看奇幻电影？”
可以合理地假设，在这种令人不适的对话中，人类注定要失败，而外星人会在我们存在这种看似徒劳的无能为力的阶段计划他们的隐秘攻击。
但睡眠并非徒劳。事实上，关于睡眠的理论断言其在为身体细胞补充能量、清除大脑中的废物以及支持学习和记忆方面的作用。它甚至可以调节情绪、食欲和性欲。然而，当我们头触枕头时，我们的头脑中究竟发生了什么？外星人，你还有一些东西需要学习。
关于我们为什么睡觉的思考自有记载的历史以来就存在了。大约 2000 年前，第一位“原子论者”留基伯描述了睡眠，认为当“细纹理原子的排泄超过精神热量的增加”时，身体就会发生睡眠。奇幻的。
另一位著名的古代人卢克莱修认为，睡眠是由于精神受到神秘空气粒子的攻击和削弱而进入衰老状态引起的。荒谬的。最后，亚里士多德将睡眠和清醒区分开来，认为它们是两种截然相反的现象，其特征是感知是否存在。说对了。他指出：“睡眠是由摄入食物的呼出物引起的，这些呼出物会使血液变稠并加热，上升到大脑，在那里它们会冷却，然后在心脏中结合。”
嗯，至少他大脑的部分是对的。实际上，测量脑电波的脑电图 (EEG) 数据已将睡眠分为两种状态：非快速眼动 (或 NREM，进一步分为 S1、S2、S3 和 S4 期) 和快速眼动，它们在夜间每 90 分钟重复几次。
当被睡意袭来但仍处于清醒状态时，脑电波会变慢，高度 (振幅) 增加，并且会变得更加同步 (α 波)。睡眠的第一个正式阶段充当清醒和睡眠之间的过渡，其特征是 θ 波，其数量 (频率) 甚至更慢，并且振幅大于 α 波。许多睡眠不足的人会经历微睡眠（令人恐惧的是，在驾驶时！），这是持续一秒钟的临时睡眠发作，其中 θ 波取代了 α 波活动。大多数人甚至没有意识到自己睡着了。
在第二阶段睡眠期间，θ 波活动继续，夹杂着丘脑（大脑中调节睡眠的区域）和皮质其余部分之间的振荡。第一阶段和第二阶段是相对“轻”的睡眠阶段，很容易醒来，并且睡眠者可能根本没有意识到自己睡着了。
接下来是第三阶段和第四阶段，其特征是 δ 波，最慢和最高振幅的脑电波，最不像清醒时的脑电波。由于 δ 睡眠是最深的睡眠，因此它是最难唤醒睡眠者的阶段，当他们被唤醒时，他们通常会感到困倦和迷失方向。有趣的是，在 δ 睡眠期间最有可能发生梦游和说梦话。
在非快速眼动睡眠期间，感觉信息继续以与清醒时大脑相似的方式传输和编码，尤其是在感觉皮质水平上。随着睡眠的进行，反应性和意识降低。知觉活动逐渐变得自主。思维专注于内部，并且受外部环境输入的约束越来越少。
在检查静息状态网络（同步激活的大脑区域网络）的分析中可视化了这种模式。数据显示，有两个网络与清醒时类似地保持活跃：默认模式网络和感觉运动网络。默认模式网络在自我产生的思想 (白日梦) 期间激活，而感觉网络在刺激感知期间激活。与中央执行网络的连接减少（图 1），该网络在更高阶处理（例如抑制）期间活跃，从而使思维自由漫游，并创建不合逻辑的场景，例如由铂金美女皇后养育的龙在地球上漫游。
图 1。参与睡眠的静息状态网络 (RSN)。图片来源：Teodora Stoica
最后，弗洛伊德最感兴趣的一个：快速眼动。这个阶段的名称来自伴随它的快速眼球运动 (Rapid Eye Movement)。有趣的是，它的特征还在于肌肉张力的突然和急剧丧失，实际上是瘫痪。重要的是，它在神经学上与清醒相同（不同步的脑电波），并且还以血压、心率和整体呼吸频率的可变变化为特征。当然，还有梦。
柏拉图是第一个在心理上思考梦境的人，他指出：“在我们所有人中，即使是最受人尊敬的人，也有一种无法无天的野兽本性，它在睡眠中窥视。”这预示了弗洛伊德的梦境愿望实现理论，但并没有在神经学上解释马丁·路德·金在 1963 年拥有的东西。
首先，梦不是幻觉。虽然它们与精神分裂症等临床疾病有一些共同特征，但幻觉是由全脑激活定义的。它们是投射到现实上的真实的电影，个人可以很好地记住。相比之下，梦的特征是初级和次级感觉皮质激活，以及前额皮质（抑制等重要的高阶功能守门人）的招募中断。如果梦境中含有高度的情感内容，那么边缘系统也会受到影响。
至关重要的是，前额功能的缺乏为自我意识的降低和怪异的梦境内容打开了闸门，同时限制了任何传入信息并创建了一个封闭的自我包含的梦境循环。赫拉克利特最富有诗意地描述了这一点，他在他的名言中评论了梦境的主观性，“对于那些清醒的人来说，存在一个单一的、共同的宇宙，而在睡眠中，每个人都转向他自己的私人宇宙。”
关于清醒梦的说明 - 意识到你正在做梦。一些研究发现，与正常的快速眼动睡眠相比，在清醒梦期间前额叶皮质的激活增加。该区域的典型去激活导致了在梦中（如果在醒来时记得）有时会经历的在社交上不适当的行为和无法进行逻辑推理。
如果你不记得自己的梦，你总是可以在谷歌上搜索它们。说真的。谷歌人工神经网络就像一个计算机大脑，其灵感来自动物的中枢神经系统。当被赋予自由地从白噪声中创建图像时，它会输出美丽、复杂、类似埃舍尔的图像，谷歌工程师称之为“人工智能梦想”。神经网络的梦想被用来理解计算机如何理解无意义或学习。
我们已经到达了外星人最初的问题：“但是我们为什么要睡觉？”最简单的答案是，我们还不清楚，但理论比比皆是。一种理论认为睡眠在记忆巩固中起着重要作用，也就是说，记忆的持久性。研究表明，快速眼动睡眠会加强保存过去记忆的较弱的神经回路，以使其为未来的认知处理做好准备，此外还会过滤掉不必要的记忆。Poe 等人 (2014) 的一项研究明确指出：“证据表明，突触回路的整体功能是为了给记忆增加定义并整合记忆，从而将它们与清醒时引入突触权重的噪声区分开来。”
它被称为“突触稳态假说”，表明在睡眠期间，整个大脑中的连接（突触）广泛减弱。据认为，这可以抵消我们在清醒时学习过程中发生的连接的整体增强。通过修剪掉多余的连接，睡眠可以有效地“清空”，以便我们第二天再次学习。在某些情况下，干扰这种缩小过程可能会导致更强烈（并且可能是不需要的）的记忆。
另一种理论，由于外星人似乎没有留下深刻印象，认为睡眠是恢复性的：它可以冲洗掉毒素。在睡眠期间，脑细胞之间的空间会增加，从而使有毒蛋白质被冲洗掉。通过清除大脑中的这些毒素，睡眠有可能可以避免阿尔茨海默病等神经退行性疾病。实际上，在 2013 年 10 月份的《科学》杂志上，研究人员发表了一项研究结果，表明大脑利用睡眠来冲洗掉毒素。他们认为，这种废物清除系统是我们睡觉的主要原因之一。
虽然我们没有对睡眠功能做出精确的总体定义，但它会影响不同的生理和心理目的，包括清理大脑毒素并将信息整合到记忆中，因此有可能可以使用这些理论中的每一个来解释我们为什么睡觉；我们只是还没有解决这个问题。饶了我们吧，外星人，我们大部分时间都在睡觉。