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?jiān)谛嵋粔K奶酪。點(diǎn)點(diǎn)斑斑掉進(jìn)湖中。所有這一切都感覺(jué)非常正常自然，盡管你根本沒(méi)有養(yǎng)貓，身邊也沒(méi)有湖泊。

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

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

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

目前我們?nèi)匀粚?duì)大腦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(duì)入睡和醒來(lái)兩個(gè)過(guò)程的研究，正在逐步揭示這些“過(guò)渡狀態(tài)”（in-between states）的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)，有助于我們理解當(dāng)這種轉(zhuǎn)換出錯(cuò)時(shí)，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(rèn)為是一種非黑即白的現(xiàn)象，劉易斯說(shuō)。你要么醒著，要么睡著。但最新的研究顯示，睡眠“更像是一個(gè)連續(xù)譜，而不是一個(gè)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(xué)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(kāi)創(chuàng)性地使用一種稱為腦電圖儀的設(shè)備來(lái)研究睡眠。每位小憩者都戴著一個(gè)裝有電極的帽子，這些電極可以無(wú)創(chuàng)地測(cè)量他們的大腦活動(dòng)。機(jī)器會(huì)用一支筆在以每秒1厘米速度滾動(dòng)的紙上畫(huà)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(dòng)。當(dāng)我們?nèi)胨瘯r(shí)，神經(jīng)元開(kāi)始同步工作，也就是說(shuō)它們會(huì)同時(shí)發(fā)放信號(hào)、同時(shí)沉默（沒(méi)人確切知道為什么會(huì)這樣）。隨著人進(jìn)入更深的睡眠，這種同步性會(huì)增強(qiáng)，產(chǎn)生頻率更低、振幅更高的腦波。在一整晚的睡眠過(guò)程中，這些腦波會(huì)以周期性方式時(shí)快時(shí)慢——每晚如此，周而復(fù)始。盧米斯將不同類型的腦波分類，建立了后來(lái)被稱為“睡眠狀態(tài)”（sleep states）的系統(tǒng)，并創(chuàng)造出描述無(wú)意識(shí)階段的術(shù)語(yǔ)體系。

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

1950年代初，芝加哥大學(xué)的生理學(xué)家納撒尼爾·克萊特曼（Nathaniel Kleitman）和他的學(xué)生尤金·阿瑟林斯基（Eugene Aserinsky）首次描述了“快速眼動(dòng)睡眠”（REM sleep）階段——這是大腦在一夜之間反復(fù)經(jīng)歷的一個(gè)周期，我們通常會(huì)在這個(gè)階段做夢(mèng)。REM睡眠中的腦波比非REM睡眠（non-REM sleep）更快，看起來(lái)更像清醒時(shí)的腦波。幾年后，克萊特曼與同在芝加哥大學(xué)的睡眠研究者威廉·迪門(mén)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(gè)階段，再加上一個(gè)REM階段。如今的通用分類系統(tǒng)是對(duì)其改進(jìn)版，將最后兩個(gè)非REM階段合并為一個(gè)階段。

然而，這種明確的階段劃分掩蓋了它們之間的微妙過(guò)渡。“這個(gè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)模型是，你只有三個(gè)選項(xiàng)：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(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家托馬斯·安德里永（Thomas Andrillon）說(shuō)。

雖然早期就有證據(jù)表明，大腦可能會(huì)處于一種“睡與醒混合”的狀態(tài)，但這種觀點(diǎn)長(zhǎng)期被忽視。它被認(rèn)為過(guò)于復(fù)雜、變化太大，不符合大多數(shù)研究者對(duì)睡眠所持的嚴(yán)謹(jǐn)定義。

但安德里永說(shuō)，越來(lái)越多的新一代神經(jīng)科學(xué)家開(kāi)始質(zhì)疑這一“現(xiàn)狀”。他們意識(shí)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(dá)利（Salvador Dalí）或許會(huì)對(duì)此表示贊同。

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

達(dá)利相信，在這個(gè)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(huì)立即開(kāi)始繪畫(huà)。其他杰出人物，如托馬斯·愛(ài)迪生和埃德加·愛(ài)倫·坡也對(duì)這個(gè)被稱為“入睡前狀態(tài)”（hypnagogic state）的階段非常感興趣，并進(jìn)行過(guò)類似實(shí)驗(yàn)——這個(gè)階段是睡眠的初始窗口，人們會(huì)在仍保持清醒的狀態(tài)下開(kāi)始體驗(yàn)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(shí)驗(yàn)者的直覺(jué)是對(duì)的。從這種最早期的睡眠階段（N1）醒來(lái)似乎能讓人進(jìn)入一個(gè)“創(chuàng)造力甜蜜點(diǎn)”。人們?cè)谌胨盃顟B(tài)停留約15秒后被喚醒，解決數(shù)學(xué)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(xué)院的霍洛維茨帶領(lǐng)的另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)引導(dǎo)人們?cè)谠摖顟B(tài)中做夢(mèng)，可以進(jìn)一步提升他們的創(chuàng)造力。

為何“入睡前狀態(tài)”能增強(qiáng)創(chuàng)造力，目前尚不完全清楚。一種可能性是，入睡的過(guò)程“迫使我們放下對(duì)思維的控制”，西北大學(xué)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(wèn)卡倫·康科利（Karen Konkoly）解釋說(shuō)。“當(dāng)我們對(duì)大腦的執(zhí)行控制放松時(shí)，或許能接觸到更廣泛的語(yǔ)義信息網(wǎng)絡(luò)，從而激發(fā)創(chuàng)造力?！?/strong>安德里永也認(rèn)為，這一睡眠過(guò)渡狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生一種“自由馳騁的意識(shí)”，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(dāng)整個(gè)鎮(zhèn)子進(jìn)入沉睡，大腦也慢慢進(jìn)入“夜間模式”。睡眠從“鎮(zhèn)中心”開(kāi)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(huì)發(fā)出信號(hào)來(lái)抑制喚醒系統(tǒng)。鄰近的腦區(qū)，比如丘腦（負(fù)責(zé)將感官信息傳遞到大腦其他區(qū)域）會(huì)最先關(guān)閉。幾分鐘后，大腦皮層也會(huì)跟著關(guān)閉，這里掌管著意識(shí)和高級(jí)認(rèn)知功能。它的關(guān)閉順序是從負(fù)責(zé)計(jì)劃和決策的大腦前部，逐步向后延伸至處理視覺(jué)等感官信息的區(qū)域。

在這一過(guò)渡過(guò)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(shí)會(huì)經(jīng)歷類似夢(mèng)境的思緒?；袈寰S茨說(shuō)，在入睡前狀態(tài)中，許多人“有一只腳踏進(jìn)夢(mèng)中，另一只腳還在現(xiàn)實(shí)里”。有些人會(huì)聽(tīng)到聲音，有些人會(huì)看到畫(huà)面。這些體驗(yàn)就像輕盈的夢(mèng)境，是投射在我們?nèi)阅芨兄默F(xiàn)實(shí)之上的圖像。

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

當(dāng)你閉上眼睛、感官逐步關(guān)閉時(shí)，你已不再?gòu)耐饨缃邮仗嘈畔?，但大腦內(nèi)部仍在發(fā)出信號(hào)，也許是白天經(jīng)歷的殘余片段。里貝羅和他的團(tuán)隊(duì)最近報(bào)告說(shuō)，一個(gè)人在入睡過(guò)程中早期階段的腦中畫(huà)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(gè)狀態(tài)來(lái)研究“意識(shí)”的本質(zhì)。“如果你能追蹤大腦在從兩個(gè)對(duì)立世界切換時(shí)發(fā)生了什么，就能更深入理解意識(shí)是如何波動(dòng)的，”巴黎腦研究所研究睡眠與意識(shí)的研究生尼古拉·德卡（Nicolas Decat）說(shuō)。在一項(xiàng)尚未經(jīng)過(guò)同行評(píng)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(guò)程中的腦電波。他參考達(dá)利和愛(ài)迪生的做法，讓參與者手握水瓶，當(dāng)他們逐漸入睡、瓶子掉落時(shí)，聲音會(huì)將他們喚醒。

通過(guò)將參與者的腦電圖與他們對(duì)當(dāng)時(shí)所思所感的自述進(jìn)行對(duì)比，德卡發(fā)現(xiàn)，有些夢(mèng)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(bào)告說(shuō)感到有螞蟻在背上爬，而腦電圖顯示她當(dāng)時(shí)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(shí)，自己仍在清晰思考自己正在入睡的過(guò)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(shí)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(shuō)。這些數(shù)據(jù)“挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)觀點(diǎn)，即清醒時(shí)就會(huì)有某類思維，睡著時(shí)就會(huì)出現(xiàn)夢(mèng)境意象?，F(xiàn)實(shí)可能遠(yuǎn)不止如此?！?/p>

入睡的過(guò)程可能持續(xù)數(shù)十分鐘，這也意味著研究這個(gè)過(guò)程相對(duì)容易——遠(yuǎn)比研究醒來(lái)的過(guò)程容易。因?yàn)樾褋?lái)通常更快、更難預(yù)測(cè)，也更難在控制條件下研究。

早安，陽(yáng)光

奧雷莉·斯特凡（Aurélie Stephan）是瑞士洛桑大學(xué)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(shí)，對(duì)醒來(lái)的過(guò)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(jiān)信自己整晚都沒(méi)睡著，盡管腦電波顯示他們其實(shí)確實(shí)進(jìn)入了睡眠狀態(tài)?！八麄兊乃邥r(shí)間和睡得很好的人差不多……所以這是個(gè)謎，”斯特凡說(shuō)。

要想弄清楚這個(gè)問(wèn)題，她首先需要研究更典型的清醒過(guò)程：一個(gè)睡得很好的人醒來(lái)時(shí)，他們的大腦在做什么？

在一項(xiàng)最新研究中，她分析了超過(guò)1000次從睡眠到清醒的瞬間——每次的時(shí)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(lái)的數(shù)據(jù)中，觀察到一種奇特的慢腦波。基于此前動(dòng)物研究，斯特凡和團(tuán)隊(duì)推測(cè)這種慢波源自大腦深處的某個(gè)區(qū)域。

在這個(gè)信號(hào)之后，她觀察到大腦皮層開(kāi)始“醒來(lái)”（腦波加快），從前部開(kāi)始——那里負(fù)責(zé)執(zhí)行功能——向后擴(kuò)展，最終到達(dá)處理視覺(jué)和其他感官信息的區(qū)域。當(dāng)人們從REM睡眠中醒來(lái)時(shí)，大腦皮層的喚醒順序也是一樣的，但并不伴隨那個(gè)先出現(xiàn)的慢波。

斯特凡發(fā)現(xiàn)，這種獨(dú)特慢波的出現(xiàn)與人醒來(lái)時(shí)的清醒感有關(guān)。有這種信號(hào)的參與者醒來(lái)后感覺(jué)更清醒；而沒(méi)有的人則更昏沉。這表明，這可能是一個(gè)幫助喚醒的信號(hào)，盡管尚不能完全證實(shí)，斯特凡說(shuō)。

“他們確實(shí)非常出色地發(fā)現(xiàn)了這一‘睡轉(zhuǎn)醒’過(guò)程的特征性信號(hào)，”斯坦福大學(xué)研究動(dòng)物睡眠轉(zhuǎn)換的分子生物學(xué)家路易斯·德·勒塞亞（Luis de Lecea）評(píng)價(jià)道。劉易斯補(bǔ)充說(shuō)，他們?yōu)槲覀兲峁┝艘环霸敿?xì)的畫(huà)像”，并解釋了“為什么我們每次醒來(lái)的感覺(jué)并不總是一樣的”。

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

雖然清醒過(guò)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(fù)完整意識(shí)和認(rèn)知能力、擺脫“睡眠惰性”，則可能需要幾分鐘到一小時(shí)。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(shí)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(rèn)為醒著并在活動(dòng)，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(rèn)為，它是為了讓過(guò)度疲勞的神經(jīng)元得以休息和恢復(fù)。這有點(diǎn)像海豚可以單側(cè)大腦輪流睡眠，或者某些鳥(niǎo)類在飛行中也能睡覺(jué)。當(dāng)我們特別疲憊時(shí)，即使身體仍在行動(dòng)，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(shuō)?！暗麄兊拇竽X某些部分卻出現(xiàn)了典型的慢波睡眠?！币虼?，“局部睡眠”正在挑戰(zhàn)我們對(duì)“睡眠”本質(zhì)的理解。

麻煩的過(guò)渡

當(dāng)我們?nèi)胨?、醒?lái)，甚至在不同睡眠階段之間切換時(shí)，大腦中會(huì)同時(shí)發(fā)生不同類型的腦電波活動(dòng)，神經(jīng)元在不同區(qū)域同步與去同步，就像一場(chǎng)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(mèng)、甚至睡眠障礙等各種體驗(yàn)。

“睡眠障礙極為常見(jiàn)，”劉易斯說(shuō)，“而且很多時(shí)候，它們的核心問(wèn)題就是‘狀態(tài)切換’出了問(wèn)題?！?/p>

這些障礙的表現(xiàn)形式可能是失眠，即無(wú)法順利進(jìn)入或維持睡眠；也可能是夜驚、睡眠癱瘓或夢(mèng)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(shí)仍然清醒，或者反過(guò)來(lái)。

失眠的根本問(wèn)題，就是入睡或維持睡眠的轉(zhuǎn)換機(jī)制出現(xiàn)困難。在睡眠癱瘓中，大腦皮層已經(jīng)醒來(lái)，但控制身體的深層腦區(qū)尚未蘇醒，導(dǎo)致人有意識(shí)卻無(wú)法動(dòng)彈。在悖論性失眠中，斯特凡發(fā)現(xiàn)的潛在喚醒信號(hào)太弱，“它沒(méi)有完全喚醒他們，只是讓他們‘感覺(jué)自己醒著’?！彼膱F(tuán)隊(duì)也在夢(mèng)游者身上發(fā)現(xiàn)了相同的信號(hào)，但那些信號(hào)出現(xiàn)在“錯(cuò)誤的時(shí)間窗口”，也就是深度睡眠期間。研究還發(fā)現(xiàn)，夢(mèng)游者的大腦活動(dòng)與做夢(mèng)時(shí)相似，暗示兩者可能源自相同的睡眠意識(shí)機(jī)制。

德卡仍在繼續(xù)探索“睡眠意識(shí)”究竟是什么。他目前正在進(jìn)行一項(xiàng)調(diào)查，了解人們?cè)谌胨^(guò)程中會(huì)經(jīng)歷哪些思緒和腦中畫(huà)面。這些體驗(yàn)往往難以記憶，因?yàn)橄胍涀∷鼈儯覀儽仨毿褋?lái)。

有時(shí)，我們會(huì)在剛剛?cè)胨瘯r(shí)，或是在睡眠周期最深處被突然喚醒——這些時(shí)刻本不該醒來(lái)。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(shí)機(jī)。

你的睡眠意識(shí)被打斷。你從睡眠邊緣被拉了回來(lái)，睜開(kāi)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/