枕頭冰涼貼著你的臉頰。樓上的鄰居在天花板上吱呀作響。你閉上眼睛，光影在視野中跳躍。一只貓在嗅一塊奶酪。點點斑斑掉進湖中。所有這一切都感覺非常正常自然，盡管你根本沒有養(yǎng)貓，身邊也沒有湖泊。

你已經(jīng)開始進入睡眠的旅程——這種神秘的狀態(tài)，是你和大多數(shù)動物生存所必需的某種形式。睡眠會以我們尚未完全理解的方式為大腦和身體“重啟”：修復組織、清除毒素、鞏固記憶。但任何經(jīng)歷過失眠的人都知道，進入睡眠狀態(tài)在生理和心理上都不是一件簡單的事。

“要入睡，幾乎一切都得改變，”麻省理工學院睡眠科學研究員亞當·霍洛維茨（Adam Horowitz）說。流向大腦的血液會減緩，而腦脊液的循環(huán)則加快。神經(jīng)元會釋放神經(jīng)遞質(zhì)，改變大腦的化學狀態(tài)，它們的活動方式也會發(fā)生變化，開始更同步地放電。腦中浮現(xiàn)出各種畫面，思維開始扭曲變形。

“我們的腦子能夠非常迅速地把我們從對環(huán)境的意識狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o意識狀態(tài)，甚至是體驗一些并不存在的東西，”麻省理工學院的睡眠研究員勞拉·劉易斯（Laura Lewis）說?！斑@引發(fā)了關(guān)于人類體驗的一些極其迷人的問題?！?/p>

目前我們?nèi)匀粚Υ竽X是如何安全高效地在這些狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換知之甚少。但針對入睡和醒來兩個過程的研究，正在逐步揭示這些“過渡狀態(tài)”（in-between states）的神經(jīng)生物學基礎(chǔ)，有助于我們理解當這種轉(zhuǎn)換出錯時，比如失眠或睡眠癱瘓，是如何發(fā)生的。

傳統(tǒng)上，睡眠一直被認為是一種非黑即白的現(xiàn)象，劉易斯說。你要么醒著，要么睡著。但最新的研究顯示，睡眠“更像是一個連續(xù)譜，而不是一個單一的類別”。

乘著腦電波的節(jié)奏

早在1930年代，華爾街大亨、律師兼業(yè)余科學家阿爾弗雷德·李·盧米斯（Alfred Lee Loomis）喜歡在位于紐約上州的大宅中，為打盹的賓客掃描大腦。他開創(chuàng)性地使用一種稱為腦電圖儀的設(shè)備來研究睡眠。每位小憩者都戴著一個裝有電極的帽子，這些電極可以無創(chuàng)地測量他們的大腦活動。機器會用一支筆在以每秒1厘米速度滾動的紙上畫出有高低起伏的波形，從而生成腦電圖（EEG）。

這些波形代表的是神經(jīng)元的整體活動。當我們?nèi)胨瘯r，神經(jīng)元開始同步工作，也就是說它們會同時發(fā)放信號、同時沉默（沒人確切知道為什么會這樣）。隨著人進入更深的睡眠，這種同步性會增強，產(chǎn)生頻率更低、振幅更高的腦波。在一整晚的睡眠過程中，這些腦波會以周期性方式時快時慢——每晚如此，周而復始。盧米斯將不同類型的腦波分類，建立了后來被稱為“睡眠狀態(tài)”（sleep states）的系統(tǒng)，并創(chuàng)造出描述無意識階段的術(shù)語體系。

腦電圖技術(shù)催生了現(xiàn)代睡眠研究。記錄并測量腦電圖中的波形，成為神經(jīng)科學家無需動刀就能推斷一個人腦部狀態(tài)或睡眠階段的常規(guī)手段。這項技術(shù)成為理解神經(jīng)元在睡眠中活動的核心方法，也幫助科學家研究睡眠意識的各種主觀體驗，例如做夢。

1950年代初，芝加哥大學的生理學家納撒尼爾·克萊特曼（Nathaniel Kleitman）和他的學生尤金·阿瑟林斯基（Eugene Aserinsky）首次描述了“快速眼動睡眠”（REM sleep）階段——這是大腦在一夜之間反復經(jīng)歷的一個周期，我們通常會在這個階段做夢。REM睡眠中的腦波比非REM睡眠（non-REM sleep）更快，看起來更像清醒時的腦波。幾年后，克萊特曼與同在芝加哥大學的睡眠研究者威廉·迪門特（William Dement）完善了睡眠階段的分類系統(tǒng)：基于盧米斯原始研究，將非REM階段劃分為四個階段，再加上一個REM階段。如今的通用分類系統(tǒng)是對其改進版，將最后兩個非REM階段合并為一個階段。

然而，這種明確的階段劃分掩蓋了它們之間的微妙過渡。“這個領(lǐng)域的標準模型是，你只有三個選項：要么清醒，要么在非REM睡眠中，要么在REM睡眠中，”巴黎腦研究所（Paris Brain Institute）的認知神經(jīng)科學家托馬斯·安德里永（Thomas Andrillon）說。

雖然早期就有證據(jù)表明，大腦可能會處于一種“睡與醒混合”的狀態(tài)，但這種觀點長期被忽視。它被認為過于復雜、變化太大，不符合大多數(shù)研究者對睡眠所持的嚴謹定義。

但安德里永說，越來越多的新一代神經(jīng)科學家開始質(zhì)疑這一“現(xiàn)狀”。他們意識到：“也許真正有趣的事情，恰恰就發(fā)生在這些模糊地帶?！?/p>

慢慢入睡

薩爾瓦多·達利（Salvador Dalí）或許會對此表示贊同。

就在盧米斯在他的大宅中進行腦電圖實驗的同時，這位超現(xiàn)實主義藝術(shù)家也在親自嘗試探索入睡的過渡過程。正如他在1948年出版的《手藝出神入化的50個秘密》（50 Secrets of Magic Craftsmanship）中描述的那樣，他會坐在一張“骨感的扶手椅上，最好是西班牙風格”，一只手掌心輕輕托著一把沉重的鑰匙，下面放著一個倒扣的盤子。當他開始打盹時，手會逐漸松弛，鑰匙最終從指縫中掉下。鑰匙碰到盤子的清脆響聲會把他驚醒。

達利相信，在這個階段被驚醒能喚醒他的“心靈能量”，提升創(chuàng)作靈感。于是他會立即開始繪畫。其他杰出人物，如托馬斯·愛迪生和埃德加·愛倫·坡也對這個被稱為“入睡前狀態(tài)”（hypnagogic state）的階段非常感興趣，并進行過類似實驗——這個階段是睡眠的初始窗口，人們會在仍保持清醒的狀態(tài)下開始體驗到腦海中的意象。

Galatea of the Spheres, 1952 by Salvador Dali

2021年，巴黎腦研究所的一組研究人員，包括安德里永，發(fā)現(xiàn)這些自我實驗者的直覺是對的。從這種最早期的睡眠階段（N1）醒來似乎能讓人進入一個“創(chuàng)造力甜蜜點”。人們在入睡前狀態(tài)停留約15秒后被喚醒，解決數(shù)學題中隱藏規(guī)則的可能性是普通人的近三倍。幾年后，麻省理工學院的霍洛維茨帶領(lǐng)的另一項研究發(fā)現(xiàn)，通過引導人們在該狀態(tài)中做夢，可以進一步提升他們的創(chuàng)造力。

為何“入睡前狀態(tài)”能增強創(chuàng)造力，目前尚不完全清楚。一種可能性是，入睡的過程“迫使我們放下對思維的控制”，西北大學博士后、現(xiàn)任睡眠科技公司Dust Systems（霍洛維茨共同創(chuàng)辦）的顧問卡倫·康科利（Karen Konkoly）解釋說。“當我們對大腦的執(zhí)行控制放松時，或許能接觸到更廣泛的語義信息網(wǎng)絡(luò)，從而激發(fā)創(chuàng)造力?！?/strong>安德里永也認為，這一睡眠過渡狀態(tài)會產(chǎn)生一種“自由馳騁的意識”，讓大腦脫離常規(guī)思維模式的束縛。

就像一座小鎮(zhèn)的房屋逐漸熄燈一樣，當整個鎮(zhèn)子進入沉睡，大腦也慢慢進入“夜間模式”。睡眠從“鎮(zhèn)中心”開始：大腦深處的神經(jīng)元，比如位于被稱為“下丘腦”這一古老控制中樞的神經(jīng)元，會發(fā)出信號來抑制喚醒系統(tǒng)。鄰近的腦區(qū)，比如丘腦（負責將感官信息傳遞到大腦其他區(qū)域）會最先關(guān)閉。幾分鐘后，大腦皮層也會跟著關(guān)閉，這里掌管著意識和高級認知功能。它的關(guān)閉順序是從負責計劃和決策的大腦前部，逐步向后延伸至處理視覺等感官信息的區(qū)域。

在這一過渡過程中，大腦某些部分已經(jīng)關(guān)閉，而其他部分仍保持清醒，因此我們有時會經(jīng)歷類似夢境的思緒?；袈寰S茨說，在入睡前狀態(tài)中，許多人“有一只腳踏進夢中，另一只腳還在現(xiàn)實里”。有些人會聽到聲音，有些人會看到畫面。這些體驗就像輕盈的夢境，是投射在我們?nèi)阅芨兄默F(xiàn)實之上的圖像。

“我們也許可以認為這些心理體驗有某種功能，”巴西北里奧格蘭德聯(lián)邦大學的神經(jīng)科學家西達塔·里貝羅（Sidarta Ribeiro）說，“但也可能沒有功能，只是大腦活動的副產(chǎn)品?！?/p>

當你閉上眼睛、感官逐步關(guān)閉時，你已不再從外界接收太多信息，但大腦內(nèi)部仍在發(fā)出信號，也許是白天經(jīng)歷的殘余片段。里貝羅和他的團隊最近報告說，一個人在入睡過程中早期階段的腦中畫面，很可能反映出白天的經(jīng)歷，這也與其他類似研究的發(fā)現(xiàn)相吻合。

一些研究人員正利用睡與醒之間的這個狀態(tài)來研究“意識”的本質(zhì)。“如果你能追蹤大腦在從兩個對立世界切換時發(fā)生了什么，就能更深入理解意識是如何波動的，”巴黎腦研究所研究睡眠與意識的研究生尼古拉·德卡（Nicolas Decat）說。在一項尚未經(jīng)過同行評審的初步研究中，德卡使用腦電圖記錄了100多名參與者在入睡過程中的腦電波。他參考達利和愛迪生的做法，讓參與者手握水瓶，當他們逐漸入睡、瓶子掉落時，聲音會將他們喚醒。

通過將參與者的腦電圖與他們對當時所思所感的自述進行對比，德卡發(fā)現(xiàn)，有些夢境般的意象出現(xiàn)在他們“技術(shù)上仍是清醒”的狀態(tài)中，而某些自發(fā)性思考卻出現(xiàn)在他們“技術(shù)上已經(jīng)入睡”的階段。例如，一位參與者報告說感到有螞蟻在背上爬，而腦電圖顯示她當時的腦波快速且頻繁，屬于清醒狀態(tài)。另一位參與者則表示，在“技術(shù)上”已處于睡眠狀態(tài)（腦波緩慢而稀疏）時，自己仍在清晰思考自己正在入睡的過程。

這些未發(fā)表的數(shù)據(jù)表明，“睡眠狀態(tài)”可能并不是劃分睡眠意識的最佳方式。“清醒還是睡著，并不能完全決定你腦中在想什么，”德卡說。這些數(shù)據(jù)“挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)觀點，即清醒時就會有某類思維，睡著時就會出現(xiàn)夢境意象。現(xiàn)實可能遠不止如此。”

入睡的過程可能持續(xù)數(shù)十分鐘，這也意味著研究這個過程相對容易——遠比研究醒來的過程容易。因為醒來通常更快、更難預(yù)測，也更難在控制條件下研究。

早安，陽光

奧雷莉·斯特凡（Aurélie Stephan）是瑞士洛桑大學的一位博士后研究員，在研究一種被稱為“悖論性失眠”（paradoxical insomnia）的現(xiàn)象時，對醒來的過程產(chǎn)生了興趣。與真正整夜未眠的失眠者不同，悖論性失眠患者堅信自己整晚都沒睡著，盡管腦電波顯示他們其實確實進入了睡眠狀態(tài)。“他們的睡眠時間和睡得很好的人差不多……所以這是個謎，”斯特凡說。

要想弄清楚這個問題，她首先需要研究更典型的清醒過程：一個睡得很好的人醒來時，他們的大腦在做什么？

在一項最新研究中，她分析了超過1000次從睡眠到清醒的瞬間——每次的時間尺度僅為幾秒鐘。她在研究良好睡眠者從非REM睡眠中醒來的數(shù)據(jù)中，觀察到一種奇特的慢腦波。基于此前動物研究，斯特凡和團隊推測這種慢波源自大腦深處的某個區(qū)域。

在這個信號之后，她觀察到大腦皮層開始“醒來”（腦波加快），從前部開始——那里負責執(zhí)行功能——向后擴展，最終到達處理視覺和其他感官信息的區(qū)域。當人們從REM睡眠中醒來時，大腦皮層的喚醒順序也是一樣的，但并不伴隨那個先出現(xiàn)的慢波。

斯特凡發(fā)現(xiàn)，這種獨特慢波的出現(xiàn)與人醒來時的清醒感有關(guān)。有這種信號的參與者醒來后感覺更清醒；而沒有的人則更昏沉。這表明，這可能是一個幫助喚醒的信號，盡管尚不能完全證實，斯特凡說。

“他們確實非常出色地發(fā)現(xiàn)了這一‘睡轉(zhuǎn)醒’過程的特征性信號，”斯坦福大學研究動物睡眠轉(zhuǎn)換的分子生物學家路易斯·德·勒塞亞（Luis de Lecea）評價道。劉易斯補充說，他們?yōu)槲覀兲峁┝艘环霸敿毜漠嬒瘛保?strong>并解釋了“為什么我們每次醒來的感覺并不總是一樣的”。

不過腦電圖本身較為粗糙，無法深入探測大腦深層結(jié)構(gòu)或獲取精細信息。而過往利用fMRI或植入電極的研究發(fā)現(xiàn)，喚醒信號的起點來自大腦深處的區(qū)域，比如下丘腦和腦干。這些區(qū)域會喚醒丘腦，后者再將“喚醒指令”投射至大腦皮層。

雖然清醒過程通常比入睡快，但也不是瞬間完成的。斯特凡的研究發(fā)現(xiàn)，從大腦皮層前部到后部的“喚醒旅程”可能持續(xù)幾秒。但恢復完整意識和認知能力、擺脫“睡眠惰性”，則可能需要幾分鐘到一小時。她的研究和其他研究還顯示，通常與睡眠相關(guān)的慢波有時也可能表示“喚醒”，這讓兩者之間的界限變得模糊。

即使我們睜著眼、自認為醒著并在活動，大腦的部分區(qū)域仍可能處于睡眠狀態(tài)。這種現(xiàn)象被稱為“局部睡眠”（local sleep），研究人員認為，它是為了讓過度疲勞的神經(jīng)元得以休息和恢復。這有點像海豚可以單側(cè)大腦輪流睡眠，或者某些鳥類在飛行中也能睡覺。當我們特別疲憊時，即使身體仍在行動，大腦中某些區(qū)域也需要暫停、充電。

“這些人是清醒的，眼睛睜著，甚至正在做事，”安德里永說?！暗麄兊拇竽X某些部分卻出現(xiàn)了典型的慢波睡眠?！币虼耍?strong>“局部睡眠”正在挑戰(zhàn)我們對“睡眠”本質(zhì)的理解。

麻煩的過渡

當我們?nèi)胨?、醒來，甚至在不同睡眠階段之間切換時，大腦中會同時發(fā)生不同類型的腦電波活動，神經(jīng)元在不同區(qū)域同步與去同步，就像一場節(jié)奏混雜的交響曲。這種“睡眠拼圖”可以引發(fā)諸如入睡前幻象、清明夢、甚至睡眠障礙等各種體驗。

“睡眠障礙極為常見，”劉易斯說，“而且很多時候，它們的核心問題就是‘狀態(tài)切換’出了問題。”

這些障礙的表現(xiàn)形式可能是失眠，即無法順利進入或維持睡眠；也可能是夜驚、睡眠癱瘓或夢游，即不能正常蘇醒。在許多情況下，是大腦某些區(qū)域在本應(yīng)睡著時仍然清醒，或者反過來。

失眠的根本問題，就是入睡或維持睡眠的轉(zhuǎn)換機制出現(xiàn)困難。在睡眠癱瘓中，大腦皮層已經(jīng)醒來，但控制身體的深層腦區(qū)尚未蘇醒，導致人有意識卻無法動彈。在悖論性失眠中，斯特凡發(fā)現(xiàn)的潛在喚醒信號太弱，“它沒有完全喚醒他們，只是讓他們‘感覺自己醒著’。”她的團隊也在夢游者身上發(fā)現(xiàn)了相同的信號，但那些信號出現(xiàn)在“錯誤的時間窗口”，也就是深度睡眠期間。研究還發(fā)現(xiàn)，夢游者的大腦活動與做夢時相似，暗示兩者可能源自相同的睡眠意識機制。

德卡仍在繼續(xù)探索“睡眠意識”究竟是什么。他目前正在進行一項調(diào)查，了解人們在入睡過程中會經(jīng)歷哪些思緒和腦中畫面。這些體驗往往難以記憶，因為想要記住它們，我們必須醒來。

有時，我們會在剛剛?cè)胨瘯r，或是在睡眠周期最深處被突然喚醒——這些時刻本不該醒來。也許是床伴翻身驚擾了我們，也許是鑰匙掉落在地的聲音，也可能是我們自己大腦誤判了該喚醒哪些區(qū)域的時機。

你的睡眠意識被打斷。你從睡眠邊緣被拉了回來，睜開了眼睛。

作者：Yasemin Saplakoglu

譯者：EY

封面：Kristina Armitage

原文：https://www.quantamagazine.org/how-the-brain-moves-from-waking-life-to-sleep-and-back-again-20251017/