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《体育与睡眠：运动科学中的应用睡眠研究》第2章睡眠研究洞察目录
2.1人类多导睡眠监测 – 14 2.2睡眠参数 – 17 2.3身体不活动作为睡眠的指标 – 20 2.4睡眠的主观记录 – 21 2.5生命周期中的睡眠 – 23 2.6睡眠的功能 – 25 参考文献 – 26
第2章 睡眠研究洞察
睡眠中的人仿佛置身于另一个世界。睡眠是一种奇特而独特的状态：输出和输入几乎完全关闭。人会处于麻痹状态，因为肌肉放松，身体几乎没有姿势且静止不动。人是“无意识的”，因为感官的感知非常有限，以至于“外部世界”的体验被暂停。与环境的互动降至最低。从外部看，一个睡着的人似乎是“关闭”的。然而，睡眠是一个复杂的过程，不仅仅是头部神经元的简单“关闭”。相反，大脑活动不断变化：从“多”到“少”，并且这种变化是循环往复的。睡眠期间的这些变化是可测量的。睡眠医学的金标准是多导睡眠监测，它提供了许多睡眠参数。然而，由于这非常复杂，本章还介绍了替代的记录方法，如活动监测或睡眠问卷，这些方法也可以很容易地应用于体育实践。一个目标应该是了解这三种方法的不同参数，以便理解睡眠的不同方面是如何被描述的。随后，呈现了一些关于生命周期中正常睡眠的图表。解释是针对人类的。最后一节讨论了睡眠的功能。睡眠的基础科学是睡眠医学的基础。因此，在Boris Stuck、Joachim Maurer、Angelika Schlarb、Michael Schredl和HansGünter Weeß所著的《睡眠医学实践》（2018年）一书中可以找到对睡眠研究的详细介绍[12]。
2.1人类多导睡眠监测
多导睡眠监测（PSG）这个术语是一个复合词，可以翻译为“睡眠期间的多种测量”。事实上，为了确定睡眠阶段，夜间必须记录三个生理量：
• 通过脑电图（EEG）记录大脑活动
• 通过眼电图（EOG）记录眼球运动
• 通过肌电图（EMG）记录肌肉张力
为此，使用电极来检测微伏范围内的微小电压变化，并借助放大器将其传输到计算机。然后，可以在监视器上看到不同的活动作为偏转。电极的位置和数量在手册中有规定。从1968年到2005年，该手册由Rechtschaffen和Kales出版[7]。2005年进行了适度修订，从那时起，该手册由美国睡眠医学学会（AASM）出版并定期修订[1]。以下解释参考2008年出版的第一版的德语翻译[1]。
大脑活动根据AASM的规定，必须使用EEG电极F4 – M1、C4 – M1和O2 – M1来记录大脑活动（图2.1）。
▲ 图2.1 根据美国睡眠医学学会（AASM）的睡眠波形
这些字母来自EEG研究，源自四个基础脑叶的拉丁名称：额叶、顶叶、颞叶和枕叶。字母C代表中央沟（拉丁语为Sulcus Centralis），它位于初级运动和初级感觉回之间。因此，对于睡眠，记录的是前部、中部和后部区域的大脑活动。确切位置是根据1958年Jasper提出的国际10 – 20电极系统确定的[12]。对于电极的互连，参考电极指定在对侧耳后（乳突放置）。电极使用一种特殊的“粘贴剂”粘贴在头部，即使头发较多且睡眠不安稳也能确保良好的固定。早上可以用水轻松去除粘贴剂。为了评估睡眠，必须考虑大脑的整体状态。即使只记录一个电极也足以充分确定睡眠阶段。因此，这三个电极也可以观察到对睡眠医学有帮助的局部变化。
眼球运动眼球运动由两个EOG电极（例如，E1M2和E2 – M2）记录，这些电极通过粘贴环附着在眼睛的左右两侧，并连接到相同的参考电极（图2.1）。当眼睛移动时，眼睛周围像电偶极子一样的电场会发生变化。这些变化由电极检测到，并且在眼球运动时，由于电极的镜像对称排列，会在两个EOG通道中导致相反的偏转。这就排除了与高振幅大脑活动（例如，深度睡眠中的δ波）的混淆，因为这些会在两个EOG通道中导致同步偏转。
肌肉张力肌肉张力由三个EMG电极测量（图2.1）。一个电极放置在颏肌（下巴肌肉）上，另外两个作为参考电极放置在颏下，即下颌下缘下方。两个颏下电极中的一个用作替换电极。EMG反映了身体肌肉的基本张力，它在各个睡眠阶段会发生变化。
如果记录一夜的标准波形，生理参数的周期性循环变化就会显现出来。基于这些变化，睡眠可以分为不同的阶段。睡眠阶段的确定也在AASM手册中有描述。总共定义了四个睡眠阶段和清醒状态：
• 阶段W（清醒状态） – EEG包含α活动和/或低张力、混合频率活动。根据活动情况，肌肉活动和眼球运动增加。
• 睡眠阶段N1 – 特征是相对低张力、混合频率的EEG，通常伴有缓慢、滚动的眼球运动（SEM = 缓慢眼球运动）。肌肉张力降低。
• 睡眠阶段N2 – 特征是在相对低张力、混合频率的EEG活动背景下有睡眠纺锤波和K – 复合波。睡眠纺锤波是12 – 14Hz的纺锤形波聚集，在中央EEG波形上最大，持续时间超过500ms。K – 复合波是具有负向和正向成分的尖锐偏转，在额叶EEG波形上最大，持续时间超过500ms。
• 睡眠阶段N3 – 特征是0.5 – 2Hz的慢波活动（英文：Slow Wave Sleep，SWS，或也称为δ波），在额叶EEG波形上振幅大于75μV。一个时段必须有20%或更多的慢波。
• 睡眠阶段R – 特征是相对低张力、混合频率的EEG，伴有间歇性快速眼球运动（REM（REM = 快速眼球运动）和低振幅肌电图（EMG）。
阶段N1、N2和N3合称为NREM睡眠（非快速眼动睡眠），与阶段R（通常也称为旧术语REM睡眠）形成对比。REM睡眠是一个特殊的睡眠阶段，将在后面的章节（第5章和第13章）中更详细地研究。
通过多导睡眠监测，可以根据脑电波、眼球运动和肌肉活动来测量睡眠，并将其分为不同的睡眠阶段。
在睡眠实验室中，记录是在固定时间进行的，包括例如八小时的精确睡眠时间。八小时的睡眠记录被分为持续30秒的时段，根据EEG、EOG和EMG特征，将它们分配到一个阶段。在这个例子中，总共要评估960个时段（8小时 = 480分钟 = 960个时段）。睡眠阶段的评估通常仍然是手动进行的，例如，一个人工评估者逐个时段进行评估，因为之前计算机程序的自动评估还不够可靠，并且仍然存在争议。
一夜的多导睡眠监测测量表明，NREM和REM睡眠在大约90分钟内周期性地相互交替。阶段N3在夜间前半段更为突出，阶段R在夜间后半段更为突出。对于每晚八小时的睡眠时间，平均有五到六个这样的周期。一夜中睡眠阶段的表示是通过睡眠剖面图或睡眠图（图2.2）来完成的。
▲ 图2.2 理想化的睡眠剖面图
睡眠阶段除了通过生理学进行区分外，还可以在功能层面上进行区分。阶段N1也被称为入睡阶段。阶段N2也被称为稳定睡眠，因为它在夜间所占比例最大。在阶段N3，睡眠很深，肌肉放松，心率和呼吸频率规律且缓慢。因此，这个阶段也被称为深度睡眠。在阶段R，肌肉完全放松，而皮质激活增加。如果从这个睡眠阶段唤醒人们，他们极有可能记得一个生动的梦。因此，REM睡眠经常被“错误地”称为梦睡眠。由于在其他阶段也会记得梦，所以生理睡眠分类与睡眠的主观感知只是部分一致。梦睡眠和REM睡眠是两个只是部分重叠的层面（第5章）。
睡眠是一个活跃的（周期性循环的）过程，分为REM – NREM循环，REM阶段在清晨时分最长。
PSG还通过许多额外的测量来补充，用于睡眠障碍的鉴别诊断。因此，一个全面的睡眠诊断包括多达八个额外的测量参数（例如，口鼻气流、脉搏血氧饱和度、视频测量）。然而，在睡眠医学中也有简化的便携式多导睡眠监测系统，专门用于诊断睡眠呼吸暂停。睡眠研究还试图通过使用用于家庭使用的动态PSG来简化复杂的固定睡眠测量。同时，也有一些小型测量系统可以用于体育领域（第7章）。
2.2睡眠参数
基于睡眠测量和评估，可以使用各种与睡眠医学相关的参数来描述夜间睡眠。这些参数也由美国睡眠医学学会（AASM）推荐，包括时间和百分比的规定[1]。为了说明这些参数，以下是通过一个例子来计算它们。
例子：一位年轻女性在睡眠实验室过夜。连接好设备后，晚上11:00关灯，第二天早上7:00开灯。关灯后，她花了18分钟达到睡眠阶段N2。在夜间，她在凌晨3:00醒来25分钟，在凌晨5:30醒来5分钟。早上，她被开灯唤醒。睡眠阶段的比例在表格中给出（表2.1）。
• 卧床时间（Time In Bed，TIB）：这包括从“关灯”到“开灯”的时间段。在睡眠实验室中，这个时间是预先确定的，在上述例子中是八小时。为了避免时间转换的问题，所有信息通常以分钟为单位给出。因此，卧床时间将是480分钟。对于在家中的动态测量，卧床时间可以遵循自然习惯，也可以预先确定。
• 入睡潜伏期（Sleep Onset Latency，SOL）：这描述了入睡所需的分钟数。通常，入睡是指睡眠阶段N2的首次出现（对于发作性睡病是指阶段R的首次出现）。上述例子中的SOL是18分钟。然而，SOL也可以定义为睡眠阶段N1的首次出现（不太严格的标准，例如在多次睡眠潜伏期试验中）或连续三个睡眠阶段N2时段的首次出现（更严格的标准）。在睡眠医学中，这个参数代表一个人入睡的能力。
• 睡眠开始后醒来时间（Wake After Sleep Onset，WASO）：这描述了入睡后到“开灯”期间醒来的总分钟数。在上述例子中，WASO是30分钟。一种特殊情况是早晨醒来，它描述了从最后一次醒来直到“开灯”的时间段。在上述例子中，最后一次醒来与开灯同时发生（因此，是零分钟）。然而，对于有睡眠障碍的人，醒来可能远远早于实际起床时间。
• 睡眠周期时间（Sleep Period Time，SPT）：这描述了从入睡到最后一次醒来的时间段。上述例子中的SPT是7小时42分钟或462分钟（480分钟的卧床时间减去18分钟的SOL）。
• 总睡眠时间（Total Sleep Time，TST）：这描述了睡眠周期内实际睡眠的时间段。为了计算这个时间，从睡眠周期持续时间中减去夜间醒来时间和早晨醒来时间。上述例子中的TST是7小时12分钟或432分钟（462分钟的SPT减去30分钟的WASO）。
阶段比例
清醒
N1
N2
N3
R
基于卧床时间
48分钟
24分钟
221分钟
101分钟
86分钟
基于卧床时间
10%
5%
46%
21%
18%
基于睡眠周期
6%
5%
48%
22%
19%
基于卧床时间的睡眠时间
6%
51%
23%
20%
这些信息反映了一个年轻成年人的典型值。
• 睡眠效率（Sleep Efficiency，SE）：这表示总睡眠时间与总卧床时间的比率，以百分比表示。上述例子中的SE是90%（432分钟除以480分钟）。睡眠效率被认为是夜间睡眠能力的一个关键指标。低于85%的值被认为是值得注意的，尽管在睡眠医学中没有明确界定阈值。
睡眠医学报告还可以包括其他信息。例如，可以提供入睡后睡眠阶段N3和睡眠阶段R首次出现的潜伏期。阶段R还可以通过计算快速眼球运动的数量进一步区分。为此，将30秒的时段分为十个3秒的小段。例如，如果在其中八个小段中发现眼球运动，则记录为“8”（高REM活动）。另一方面，如果只在一个小段中发现快速眼球运动，则记录为“1”（低REM活动）。这些阶段性的REM睡眠时段可以与紧张性REM阶段区分开来，在紧张性REM阶段根本没有眼球运动。这里的评估规则相当复杂，因为还必须考虑之前的时段[1]。
最后，可以给出关于各个睡眠阶段的绝对和相对信息。分钟信息取决于个人的睡眠持续时间，因此有时不适合用于人与人之间的比较。另一方面，相对信息可以很好地进行比较。例如，显示阶段R的比例在整个生命周期中相当稳定地保持在15 – 20%。对于相对信息需要一定的谨慎，因为它可以指卧床时间、睡眠事件或睡眠时间（表2.1）。睡眠参数的绝对和相对信息是年龄相关的（表2.2），并且也因性别而异。
年份
清醒
N1
N2
N3
R
<30
6(1.9 – 22.8)
8.7(3.4 – 16.5)
45.2(28.6 – 55.3)
20.7(15.2 – 37.5)
15.6(7.5 – 23.6)
31 – 40
8.5(3.2 – 35.0)
10.2(3.7 – 26.0)
45.2(17.7 – 59.3)
19.3(10.1 – 30.8)
14,(7.3 – 21.4)
41 – 50
11.2(4.3 – 32.8)
9.2(3.9 – 20.4)
46.2(26.9 – 58.2)
14.1(5.5 – 29.7)
14.8(1.3 – 25.6)
51 – 60
15.3(5.6 – 63.1)
9.3(3.4 – 35.4)
45.7(20.1 – 56.6)
15.5(0.0 – 21.4)
12.2(1.0 – 18.7)
>60
15.2(6.3 – 48.7)
10.3(4.0 – 20.5)
44.2(22.3 – 54.7)
14.9(2.4 – 35.6)
10.3(1.9 – 21.9)
2.3身体不活动作为睡眠的指标
多导睡眠监测很复杂，是为了临床鉴别诊断睡眠障碍而设计的。因此，睡眠研究一直对获取能够推断睡眠但需要更少努力的替代客观参数感兴趣。其中一个相对容易获取的指标是身体运动，因为睡觉的人运动很少，而醒着的人运动相对较多。身体运动可以通过加速度传感器轻松检测到。这种传感器可以集成到戴在手腕上的腕带中，并可靠地测量随时间在一到三个轴向上的加速度。加速度以米每秒平方（m/s²）为单位给出，并作为相对于地球平均加速度g（1g = 9.81m/s²）的倍数的原始数据。由于每一个运动都必须加速或减速，所以这种传感器可靠地提供了身体活动或不活动的相关指标。
在运动科学中，加速度测量（英文：acceleration），也称为活动监测，用于捕捉一天中或体育活动期间的身体活动。为了量化身体活动，原始数据通常转换为所谓的活动计数[2]。例如，在60秒的时间段内，统计超过某个阈值的值的数量。根据制造商的不同，使用不同的方法（例如，零值超过、曲线下面积）。然后可以将活动计数分配到某些强度范围，并例如将其转换为一个训练单元的能量消耗。
在睡眠研究中，活动监测用于确定没有加速度的不活动时间段。这些时间段然后可以被评估为睡眠。为此，传感器必须具有高分辨率（<1mg），并且建议将活动监测器戴在非优势手上，因为几乎总是——至少小臂运动会在清醒状态下进行。一位手球运动员七天测量的原始数据如图所示。可以清楚地区分活动和不活动的时间段，这些时间段可以被解释为睡眠 – 觉醒阶段（图2.3）。
▲ 图2.3 一名手球运动员七晚的活动监测数据（自己未发表的数据）
为了量化睡眠部分，也使用活动计数[9]。这里也是根据制造商的不同，倾向于使用不同的程序。首先，算法必须定义一个睡眠周期的开始和结束。为此，又需要一个阈值来区分不移动（例如，活动计数<4）和移动（例如，活动计数≥4）的时段。然后使用活动计数来确定睡眠周期内的清醒时段。软件通常为阈值提供各种设置选项：低、中、高（对应于例如20、40和80活动计数）。这个设置对睡眠 – 觉醒判定的敏感度有直接影响（更多内容见第8章）。在验证研究中，活动监测的评估与多导睡眠监测进行了比较。总体而言，在年轻健康的受试者中，活动监测器在睡眠周期和总睡眠时间的指示上达成了91% – 93%的一致性[12]。对于确定卧床时间、入睡潜伏期和睡眠效率也显示出良好的准确性，但卧床时间（关灯）和起床时间（开灯）必须从手动记录的协议中获取。在这一点上评估不是自动的。
一些设备试图通过附加光传感器来解决问题。然而，传感器可能总是会意外地被覆盖，例如被床罩或睡衣袖子覆盖。另一种解决方案是一种所谓的患者标记按钮形式，位于设备上。然后，人可以通过按下按钮来确认卧床时间和起床时间。然而，这里也存在各种误差来源，例如忘记或意外按下按钮。
在睡眠医学中，活动监测结合行为协议是一个固定的组成部分，例如用于昼夜节律睡眠障碍或睡眠中的运动障碍的诊断和治疗目的（见第4章）。然而，活动监测不应被视为临床访谈、睡眠日记或所需的多导睡眠监测记录的替代品。在某些形式的失眠障碍中，与多导睡眠监测相比，活动监测可能会高估睡眠持续时间。原因是在严重的入睡障碍中，受影响的个体经常躺着一动不动，但精神上却很清醒。
由于其操作简便，活动监测在体育领域尤其得到了确立，同时也有大量的研究可供参考。运动员睡眠检测的活动监测的特殊特征将在后面详细讨论（第7章）。
2.4睡眠的主观记录
了解睡眠情况最简单的方法是询问一个人：你入睡花了多长时间？你晚上醒来过吗？此外，询问是了解睡眠主观感受的唯一途径：你的睡眠有多安稳？你睡得深吗？因为夜间睡眠阶段是否安稳或感觉睡得深只有睡眠者本人才能体会。例如，深度睡眠的比例与睡眠后是否感觉休息好只是有条件地相关。为了标准化对睡眠某些特征的询问，可以采用睡眠问卷或睡眠日记。正如Azmeh Shahid及其同事在2012年出版的书中标题所暗示的，有许多不同的睡眠量表：STOP、THAT和其他一百种睡眠量表[10]。
问卷的范围和是否要查询特定或各种睡眠障碍各不相同。例如，STOP – Bang问卷包括八个项目，是一种用于检测阻塞性睡眠呼吸暂停的筛查程序。问卷名称的各个字母代表项目（例如，打鼾、疲倦）。另一方面，Landecker睡眠障碍清单（LISST）是一种筛查问卷，包括75个项目，查询各种睡眠障碍（例如，失眠、发作性睡病）[13]。下面将简要介绍两种常用的问卷和睡眠日记。针对体育的特定调查工具旨在捕捉睡眠情况，将在后面的章节讨论（第7章）。
匹兹堡睡眠质量指数（PSQI）该问卷包括19个问题，必须回顾性地回答为期四周的情况，还有5个问题由床伴进行外部评估。在24个问题中，18个自我评估问题被分配到七个因素：主观睡眠质量、入睡潜伏期、睡眠持续时间、睡眠效率、睡眠干扰、安眠药的使用和白天嗜睡。每个因素取值在0到3之间。所有因素得分的总和给出了睡眠总体质量的值，范围从0到21，分值越高表明与睡眠相关的症状越严重。总分超过5（临界值）表明总体睡眠质量差。PSQI是一种广泛使用的工具，有多种针对不同语言的经过验证的翻译版本[3]。
睡眠问卷A和B（SF – A，SF – B）SF – A问卷询问前一晚的睡眠行为和睡眠体验。SF – B问卷涉及过去两周的睡眠习惯和睡眠体验。SF – A包括25个关于定量睡眠方面（例如，卧床时间、入睡持续时间）以及定性睡眠方面（例如，与睡眠相关的行为、一般睡眠评估）的问题。三个问题由包含22个属性词的列表组成，需要进行评估。从这些项目中，可以计算出五个睡眠指数（例如，入睡困难）和五个因素：睡眠质量、睡眠后感觉休息好、睡前心理平衡和心理疲惫以及睡眠阶段的心身症状。每个指数和因素取值在1到5之间，分值越高反映睡眠情况越好。SF – A和SF – B都有来自正常睡眠人群的标准值以及来自睡眠障碍患者群体的值[4]。
睡眠日记睡眠日记可以单独使用，也可以与活动监测器结合使用。它提供额外的睡眠信息，可以揭示睡眠 – 觉醒行为在较长时间内的波动，并可用于进度和结果控制。因此，睡眠日记应该至少记录两周。睡眠日记可以包含单个项目或不同数量的问题。使用单个项目已被证明存在问题，例如，睡眠质量的感知可以指对睡眠的评估（例如，“我睡得深”）或睡眠后感觉休息好（例如，“我感觉休息好”）。因此，定量睡眠方面（卧床时间、睡眠时间等）肯定应该被记录。如果有几个问题，值得将它们分为晚上协议和早上协议，这样相关信息必须在晚上输入。例如：
• 你打算什么时候关灯睡觉？
• 你如何评估你白天的身体活动？
• 你今天感觉疲惫吗？
第二天早上，询问关于定量和定性睡眠方面的具体问题。
• 关灯后入睡花了多长时间？
• 你晚上醒来过吗？
• 你今天早上最后醒来是什么时候？（没有再次入睡）
• 你今天早上什么时候起床？（离开床）
• 你如何评估睡眠质量？
• 你感觉休息好吗？
此外，还可以询问与特定研究问题相关的其他问题。例如，后面的章节将讨论身体活动对睡眠的积极影响（第7章）。在这样的问题中，建议在晚上记录当天的所有体育活动。
睡眠参数可以从多导睡眠监测、活动监测或睡眠问卷中计算得出，并必须在此背景下进行解释。
2.5生命周期中的睡眠
一个常见的问题是：一个人需要多少睡眠？从图2.4的简要观察就可以看出这个问题的答案并不简单。该图包含来自两份出版物的数据。带有圆圈的实线代表生命周期中的横断面睡眠实验室数据[8]。带有正方形的两条虚线是36年生命中的纵向问卷数据[11]。首先看睡眠实验室数据，值得注意的是新生儿每天睡眠占三分之二。睡眠节奏是多相性的，所以每24小时会有几个睡眠时段：婴儿在睡眠两到六个小时后醒来，喝牛奶，然后很快又入睡，如此反复。三个月后，晚上醒来的次数很少，所以晚上的主要睡眠时段和午睡时段就建立起来了。在婴儿期结束时，睡眠时间是12到13小时，白天的睡眠在幼儿期尤其减少。在幼儿早期，睡眠时间是10到11小时，到他们开始上学时，孩子们通常一整天都醒着，所以在头六年里发展出了单相睡眠 – 觉醒模式。从幼儿晚期经过青春期到青少年期，睡眠时间再次显著减少，所以在年轻成年期大约是7到8小时。睡眠时间在成年期继续适度减少。老年人也经常在白天睡觉，晚上醒来的次数更频繁。因此，老年时的睡眠类似于多相睡眠。
该图还显示睡眠阶段的分布变化迅速，尤其是在婴儿期。在新生儿中，总睡眠的一半由睡眠阶段R组成，在生命的第一年，REM睡眠时间减少到30%，而NREM阶段保持不变。在幼儿期，阶段R的比例已经在18到20%之间，因此和年轻成年期一样高。前面展示的表格列出了从成年早期到成年晚期睡眠阶段的比例（表2.2）。它显示REM睡眠和深度睡眠分别减少了三个和五个百分点，并且在睡眠期间醒来的次数相应增加。
图中的虚线是Inge Strauch从1976年到1991年每两年从61名男孩/男人和67名女孩/女人收集的问卷数据[11]。2008年，她又对这些相同的个体进行了一次后续调查。纵向问卷数据几乎完全反映了横断面睡眠实验室数据。青少年期的下降很明显，这可以通过越来越晚的上床时间来解释。在这个时期，父母对上床时间的控制也显著减少，所以睡眠更自主地被决定。第二条虚线显示假期中的睡眠时间，当一个人早上可以睡懒觉时，他也会睡得更长。这是个体内睡眠时间波动的一个迹象。但它也提出了一个问题，例如，14岁的孩子在假期中睡10.3小时，而在上学日只睡8.6小时，是否会产生太大的睡眠不足。个体间睡眠时间波动的证据可以在22到23岁年龄组的灰色误差条中找到。平均而言，这个年龄组的睡眠时间是7.5小时，但范围从5.5小时到10小时。不到18%被确定为短睡眠者（6.5小时或更少），13%被确定为长睡眠者（8.5小时或更多）[11]。纵向数据显示没有恒定的短睡眠者或长睡眠者，至少在生命的第二个和第三个十年中，对于这种区分没有总体特征可以找到。
鉴于报告的睡眠时间存在个体内和个体间的差异，睡眠研究一直在探讨一个人实际需要多少小时的睡眠才能良好地发挥功能。在这个背景下，健康的参与者在睡眠实验室的受控条件下减少了他们的睡眠持续时间[12]。最初，发现将夜间睡眠减少到五到六小时在大多数参与者中没有导致任何身体变化或性能损失。然而，后来的研究从根本上修订了这些关于睡眠剥夺的积极发现。发现将睡眠时间从通常的七到九小时减少到五小时增加了白天的嗜睡，而参与者并没有意识到这一点。所谓的多次睡眠潜伏期测试（MSLT）被用来测量白天的嗜睡。对于测试，人躺在一个黑暗的房间里20分钟，并试图入睡。测试每两小时重复一次，总共重复五轮。在睡眠限制的日子里，入睡所需的时间急剧减少，这随后被解释为嗜睡增加的证据，以及微睡眠的风险因素。尽管在此期间令人担忧的解释已经被大幅修订，但很明显，通常的睡眠时间对于身体和认知性能都很重要[12]。
▲ 图2.4 生命周期中的睡眠时长。数据来自Roffwarg、Muzio和Dement（1966年）以及Strauch（2010年）
睡眠持续时间显示出高的个体内和个体间变异性，因此很难确定一个最优的睡眠持续时间。
2.6睡眠的功能
“睡眠仍然是一个科学之谜，”这是James M. Krueger及其同事在2016年的一篇综述中的开篇句子[5]。而且，睡眠研究者并不孤单，一般来说，睡眠研究得出的结论是，我们为什么要睡觉这个问题还不能最终得到答案。一个总体的理论肯定首先要澄清睡眠的含义。到目前为止，人类睡眠一直是关注的焦点，而完全没有关注其他哺乳动物和鸟类有时令人兴奋的睡眠 – 觉醒行为，以及两栖动物、爬行动物、鱼或昆虫的休息 – 活动节奏。在这个背景下，休息和活动在几乎所有生物中都是周期性交替的。甚至低等脊椎动物也已经表现出类似睡眠的休息状态。另一方面，具有明显可区分的REM和NREM阶段的睡眠只在鸟类和哺乳动物中发现。从进化的角度来看，睡眠代表了一个特别明显的休息阶段，具有高脆弱性。无论睡眠的好处是什么，它们一定超过了在睡眠中被吃掉的严重缺点。正如后面将会展示的，睡眠不能完全被剥夺，因为这会导致实验动物在几周后死亡。
睡眠与清醒状态相比，外部可见的主要特征是几乎没有运动活动，对内部和外部刺激的反应性很低。骨骼肌肉的长期放松被认为是运动系统在睡眠期间可能发生重要恢复过程的一个迹象。这是由入睡后生长激素水平的增加以及剧烈体力活动后深度睡眠的增加所暗示的。另一方面，心肌和膈肌，呼吸活动的主要肌肉，证明了肌肉的收缩元件在整个生命周期中可能永远不需要真正的休息。如果有的话，似乎是支撑和目标肌肉组织作为一个整体（包括反射路径）的运动单位需要恢复。关于睡眠中缺乏肌肉活动的另一个假设似乎是节能的功能。睡眠期间能量消耗实际上减少了约10%，身体温度下降。下丘脑前部神经元的检测，这些神经元参与热调节和睡眠调节，支持了睡眠和热调节紧密相关以及输入和输出没有完全关闭的概念。例如，当孩子觉得太热时，会用很大的力气把毯子踢开。如果过了一段时间觉得太冷，小身体会蜷缩起来取暖。如果还不够，会短暂醒来，然后和父母一起蜷缩在毯子下。
各种关于睡眠功能的理论因此不是关注外围，而是关注中枢神经系统的过程。例如，睡眠是为了调节大脑中突触的强度所需要的。睡眠期间记忆的巩固在科学上是有证据的。研究表明，例如，在睡眠期之前呈现的学习任务（学习词汇）比在相同长度的清醒期之前呈现的任务记得更好。当前的研究已经很好地建立了NREM睡眠和陈述性记忆表现之间的联系。REM睡眠对程序性记忆（例如，骑自行车）的重要性将在后面的章节讨论（第7章）。
James M. Krueger及其同事将当前的知识状态总结如下[5]：在所提出的理论中，有些似乎在进化过程中较早或较晚地发展。睡眠刷新大脑中的能量储存或清除清醒期间积累的有毒副产品的想法是令人兴奋的假设，但缺乏一致的实验证据。目前，广泛认为睡眠执行连接性和可塑性功能的假设似乎很有吸引力。有许多实验迹象表明连接性随着睡眠、睡眠剥夺和传入需求的变化而变化，并且这些变化与睡眠的调节机制有关。然而，要最终澄清睡眠和连接性之间的关系，需要许多想法和创新的实验方法。
我们为什么要睡觉这个问题还不能最终得到答案。
作者介绍：郭佰鑫（Max）
我比较喜欢体育科学、大语言模型以及数据相关的，平常运动喜欢篮球足球以及体能训练
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