為什么嬰兒時(shí)期的睡眠時(shí)間比成年人多:
據(jù)國外媒體報(bào)道,人類一生中大約三分之一的時(shí)間在睡覺,科學(xué)家一直在討論為什么睡眠占據(jù)我們?nèi)绱硕嗟臅r(shí)間,目前,最新一項(xiàng)研究表明,人類在特定年齡不同階段,睡眠狀況會(huì)存在差異。
關(guān)于為什么我們睡眠時(shí)主要集中在腦力活動(dòng)的問題有兩個(gè)主流解釋理論:一種理論認(rèn)為,大腦利用睡眠來重組細(xì)胞之間的聯(lián)系,構(gòu)建支持我們記憶和學(xué)習(xí)能力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);另一種理論認(rèn)為,大腦需要時(shí)間來清理一天累積的代謝廢物。神經(jīng)科學(xué)家一直在爭論這些解釋哪些是人類需要睡眠的主要原因,但是最新研究表明,對于嬰兒和成年人來說,年齡不同,他們睡眠的主要原因也不一樣。
這項(xiàng)研究發(fā)表在9月18日出版的《科學(xué)進(jìn)展》雜志上,研究人員使用數(shù)學(xué)模型表明,嬰兒大部分睡眠時(shí)間處于“深度睡眠”,也被稱為隨機(jī)眼動(dòng)睡眠(REM)。與此同時(shí),我們的大腦細(xì)胞之間迅速建立新的連接,并不斷地?cái)U(kuò)大,然后當(dāng)蹣跚學(xué)步的嬰兒接近兩歲半的時(shí)候,他們的快速眼動(dòng)睡眠時(shí)間快速減少,因?yàn)樗麄兊拇竽X轉(zhuǎn)換至“維護(hù)模式”,大部分睡眠時(shí)間用于清潔大腦代謝廢物,并進(jìn)行修復(fù)。
研究報(bào)告作者、美國加州大學(xué)洛杉磯分校圣菲研究所生態(tài)學(xué)、進(jìn)化生物學(xué)和計(jì)算醫(yī)學(xué)教授范·薩維奇稱,這絕對是令人震驚的事情,這種大腦模式轉(zhuǎn)換如此快速。
同時(shí),研究人員還收集了其他哺乳動(dòng)物的相關(guān)數(shù)據(jù),其中包括:兔子、老鼠和豚鼠,發(fā)現(xiàn)它們的睡眠可能經(jīng)歷類似的轉(zhuǎn)變,然而,現(xiàn)在判斷這些模式在許多物種中是否一致還為時(shí)過早。
瑞士伯爾尼大學(xué)兒童與青少年精神病學(xué)和心理治療大學(xué)醫(yī)院的神經(jīng)學(xué)家萊拉·塔魯赫說:“我認(rèn)為實(shí)際上這種大腦模式轉(zhuǎn)換可能并沒有那么明顯,而是更平穩(wěn),或者個(gè)體之間轉(zhuǎn)換的年齡會(huì)有所不同,大腦發(fā)育的速度因人而異,我們發(fā)現(xiàn)2-3歲之間的數(shù)據(jù)點(diǎn)非?!∈琛??!?/p>
新興的假說理論
2007年發(fā)表在《美國國家科學(xué)院學(xué)報(bào)》的一篇研究報(bào)告指出,薩維奇和理論物理學(xué)家杰弗里·韋斯特發(fā)現(xiàn)動(dòng)物大腦體積與腦代謝率能準(zhǔn)確預(yù)測動(dòng)物睡覺的時(shí)間,這比基于動(dòng)物整體大小進(jìn)行的預(yù)測更準(zhǔn)確。一般而言,擁有較大體積大腦和較低腦代謝率的大型動(dòng)物比擁有相反特征的小型動(dòng)物睡眠時(shí)間更少。
這一規(guī)律普通存在于不同物種之間以及同一物種不同年齡階段,例如:老鼠比大象的每天睡眠時(shí)間更長,新生嬰兒每天睡眠時(shí)間比成年人更長。然而,睡眠時(shí)間隨著大腦體積變大而逐漸減少,研究人員希望知道這種變化在不同動(dòng)物身體上發(fā)生的有多快,以及隨著時(shí)間推移這種變化與睡眠功能是否有關(guān)。
為了開始回答這些問題,研究人員收集了關(guān)于人類睡眠時(shí)間的現(xiàn)有數(shù)據(jù),收集了從新生兒至15歲兒童的數(shù)百個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),他們還收集了大腦體積和代謝率、腦細(xì)胞聯(lián)系密度、身體大小和代謝率、不同年齡階段快速眼動(dòng)睡眠時(shí)間比率等數(shù)據(jù),研究人員從60多項(xiàng)研究中得出獲得這些數(shù)據(jù)點(diǎn)。
嬰兒每天睡眠時(shí)間大約是成年人的兩倍,他們的睡眠時(shí)間中較多地處于快速眼動(dòng)狀態(tài),但長期以來,人們一直不清楚這種狀態(tài)到底起什么作用。
研究報(bào)告作者建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型來跟蹤分析所有這些隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)點(diǎn),觀察這些數(shù)據(jù)點(diǎn)出現(xiàn)怎樣的模式變化。嬰兒大腦代謝率很高,因?yàn)榇竽X細(xì)胞建立了許多新的連接,這與嬰兒較多的快速眼動(dòng)睡眠狀態(tài)有關(guān)。因此,他們得出結(jié)論稱,嬰兒時(shí)期較長時(shí)間的快速眼動(dòng)有助于大腦快速重構(gòu),因?yàn)樾碌拇竽X網(wǎng)絡(luò)形成,嬰兒學(xué)習(xí)新的技能。薩維奇說:“這種關(guān)聯(lián)性并不會(huì)很快發(fā)生改變,當(dāng)嬰兒進(jìn)入2-3歲,逐漸地他們快速眼動(dòng)時(shí)間將減少?!?/p>
與此同時(shí),大腦皮層(大腦褶皺表面)的細(xì)胞代謝率也發(fā)生了變化,在嬰兒時(shí)期,代謝率與腦細(xì)胞之間現(xiàn)有連接數(shù)量和大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立新連接所需能量成正比,隨著大腦重構(gòu)速率減緩,相應(yīng)的代謝率也會(huì)減慢。
塔魯赫稱,在人類生命的最初幾年里,大腦正在建立大量新連接,其發(fā)展速度很快,這就是為什么我們看到人類的技能學(xué)習(xí)速度很快的原因。發(fā)展心理學(xué)家將這稱為神經(jīng)可塑性的“關(guān)鍵時(shí)期”——大腦細(xì)胞之間建立新連接的能力。在那個(gè)關(guān)鍵時(shí)期之后,神經(jīng)可塑性并沒有消失,但正如新的數(shù)學(xué)模型所預(yù)測的那樣,新連接的構(gòu)建速度顯著減緩,非快速眼動(dòng)睡眠與快速眼動(dòng)睡眠的比例也在增加,這支持了非快速眼動(dòng)對大腦維持比神經(jīng)可塑性更重要的觀點(diǎn)。
薩維奇稱,展望未來,研究人員計(jì)劃將該睡眠數(shù)學(xué)模型應(yīng)用至其他動(dòng)物,觀察在動(dòng)物發(fā)育早期是否也會(huì)發(fā)生類似的重構(gòu)至修復(fù)的轉(zhuǎn)變。
研究報(bào)告第一作者、美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校信息、風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營管理系副教授曹俊宇(音譯)稱,我們知道人類大腦發(fā)育在出生之后是不同尋常的,因此可以想象這里描述的人類相變可能比其他物種出現(xiàn)得更早,甚至這種變化是在出生之前。
就人類睡眠而言,塔魯赫指出,在快速眼動(dòng)睡眠和非快速眼動(dòng)睡眠期間,腦電波活動(dòng)模式是不同的,考慮到快速眼動(dòng)時(shí)間的變化,未來的研究可能揭示特定的腦電波活動(dòng)是否會(huì)隨著年齡增長而塑造大腦。從理論上講,這些模式的中斷破壞可能會(huì)導(dǎo)致嬰兒和幼兒時(shí)期出現(xiàn)發(fā)育障礙,但這僅是一種假設(shè)。(葉傾城)
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