睡眠並非不清醒。睡眠遠勝於不清醒。夜間的睡眠精緻複雜,充滿活躍的代謝過程,而且有一系列經過特意安排的獨特階段。

腦中有無數功能的修復要仰賴睡眠,且並非單靠其中一種形式的睡眠就能完成。睡眠的每個階段,包括淺度非快速動眼睡眠、深度非快速動眼睡眠、快速動眼睡眠,在夜晚的不同時段對腦提供不同好處。因此,沒有某種形式的睡眠比另一種更重要這回事。失去任何一種睡眠,都會對腦造成損傷。

睡眠對腦的許多好處之中,記憶是特別令人讚嘆的例子,我們的了解也最多。睡眠有助記憶已一再獲得證實:在學習之前的睡眠,幫助你的腦準備形成新記憶;在學習之後的睡眠,可鞏固記憶、避免遺忘。

學習之前先睡飽,把學習能力補充好

在學習前的睡眠,能夠讓我們從頭產生新記憶的能力重新振作,而且這件事每天晚上都在進行。我們醒著的時候,不管有意無意,腦隨時在獲取並消化新訊息,這些稍縱即逝的記憶,會由腦中一個稱為海馬迴(hippocampus)的區域捕捉下來。記住那些基於事實的訊息,也就是多數人認為的課本式學習,例如記住某人的名字、新的電話號碼、自己把車停在哪裡,過程中海馬迴會吸取這些流過的經驗,並把細節連結在一起。

海馬迴是腦中長得像手指的長形構造,你的大腦有兩個海馬迴,兩側各有一個,那裡是新記憶的短期儲存處,也就是暫時儲存訊息的地方。可惜海馬迴的儲存容量是有限的,就像相機的底片膠卷,或者用更與時俱進的比喻來說,就像USB隨身碟。一旦超過儲存容量,你就可能無法吸收更多訊息,或者新記憶必須覆蓋過另一筆記憶,這種情況稱為干擾遺忘(interference forgetting),同樣糟糕。

那麼,腦又如何處理這種記憶容量問題?好些年前,我的研究團隊想知道睡眠是否藉由檔案轉移的機制,來解決儲存空間不足的問題。或許睡眠把腦中新近獲得的記憶搬到長期儲存地點,藉此釋出短期記憶的儲存空間,所以我們醒來後學習新事物的能力又恢復了。

白天小睡幫助記憶

我們先用白天的小睡來測試這個理論。我們徵召了一群健康的年輕成人,隨機分配到午睡組和不睡組。中午時,所有參與者都要經歷一段嚴酷的學習過程(記住一百張人臉與名字的配對),目的在於增加海馬迴的負擔。一如預期,兩組參與者的表現相當。

之後,午睡組在睡眠實驗室進行九十分鐘的午睡,頭皮上貼著電極,測量睡眠狀態。而不睡組在實驗室中保持清醒,從事輕鬆的活動,例如上網瀏覽或玩桌遊。當天傍晚六點時,所有參與者再次進行密集的學習,嘗試把更多新資訊塞入短期儲存空間(記住另外一百張臉孔與名字的配對)。

我們想弄清楚的問題很簡單:人腦的學習能力是否隨著一天中持續醒著的時間而衰退?如果是的話,睡覺是否能扭轉這種記憶體逐漸飽和的效應,修復學習能力?

那些整天醒著的人,即使專注力維持穩定(透過注意力與反應時間的測試來確認),學習能力卻明顯變差。相對的,午睡過的人成績明顯較好,而且記住事實的能力實際上還提升了。這兩組人在傍晚六點的表現差異並不小,午睡組的學習成果贏了20%。

睡眠紡錘波可以恢復學習能力

我們觀察到睡眠能騰出記憶空間,幫助腦恢復學習能力,於是想進一步尋找是睡眠中的什麼因素促成這種修復。

午睡組的腦波分析給了我們答案。記憶力的恢復與較淺的非快速動眼第二期有關,特別是其中的睡眠紡錘波,也就是一種急促而有力的腦波。如果在小睡時有愈多睡眠紡錘波,醒來後學習能力的恢復也愈好。重要的是,睡眠紡錘波並不能預測那個人本身的學習能力。若是個人天生的學習能力只和紡錘波密切相關,這樣的結果會有些無趣。而實際上,睡眠紡錘波能預測的是睡前和睡後學習能力的差別,也就是學習能力的補充程度。

更令人驚嘆的是,當我們分析睡眠紡錘波這種急促的電活動時,也觀察到異常穩定反覆的電流,在整個腦中以一百到兩百毫秒的間隔重複發生。這個脈衝持續在海馬迴(儲存空間有限的短期記憶體)和皮質(長期儲存記憶的大型硬碟)之間來回。直到此時,我們才開始認識到睡眠在安靜面貌底下祕密進行的電流運輸:把事實記憶從暫時的儲存裝置(海馬迴)搬移到長期的保險庫(皮質)。這個過程中,睡眠開心的清理海馬迴,幫短期訊息儲存處清出許多可用空間。學習者醒來,昨天的經歷已經轉移到較為長久的安全儲存處,海馬迴能夠再次容納新資訊。在嶄新的一天,他們可以再度開始學習新的事實。 那次實驗之後,我們及其他研究團隊也對夜間睡眠進行同樣的研究,發現同樣的結果:一個人在夜裡的睡眠紡錘波愈多,第二天學習能力的恢復程度也愈好。

※ 本文摘自《為什麼要睡覺?》立即前往試讀►►►

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