很多人都應該知道，正常的生理活動狀態下，大腦會消耗人體20%的能量。
大腦消耗的能量來自哪裏？
恰恰是在你睡覺的時候，不斷合成積累的。
你熬夜多，睡眠不足，第二天能消耗的糖原不夠，便沒有足夠的能量支撐你進行高效率的工作和學習。
你白天經過一天的工作和學習，大腦還會產生大量的代謝廢物。如果不能及時清理，便會損害大腦。
白天的時候，大腦把所有的精力都用在了你的日常活動，到了晚上它才會開足馬力，加班加點對有害物質進行清理。
而清理有害物質的介質叫做——腦脊液。
我們1400～1500ml的大腦中，具有125-150ml的腦脊液。
雖然腦脊液的總量並不是很多，但大腦每天都會產生500ml，並重吸收500ml。
大腦內的腦脊液總是維持在動態平衡的狀態，在重吸收的過程中，代謝廢物會被轉移到血液中去。
腦脊液具有搏動節律，與心臟在血管中產生的壓力波相匹配 [1] 。
2012年的一項研究發現，睡眠時，大腦中的腦脊液會清除β-澱粉樣蛋白 [2] 等代謝廢物。
早在1991年，β-澱粉樣蛋白就被證明對大腦神經元有毒害作用，與 艾爾茨海默癥等 神經退行性疾病有關 [3] 。
2013年的一項研究，則進一步證實了，睡眠與大腦代謝廢物相關的清理機制 [4] 。
大腦的清潔系統，在睡眠時最為活躍。畢竟在清醒狀態下，大腦會使用最大的能量去處理各類感知資訊。當睡覺的時候，隨著處理資訊的神經中樞活躍降低，開始整理和鞏固我們白天的記憶時，大腦中清除廢物的系統才會變得活躍起來。
在清除這些廢物的過程中，大腦細胞會縮水60%，大大增加細胞間隙，以幫助腦脊髓液更自由地透過大腦組織間隙，以清除廢物。
大腦細胞的縮水過程，主要是透過血液的流出來實作的。
2015年以後的研究則發現，大腦中的代謝廢物是透過淋巴管來實作轉運的，而且淋巴管也是大腦和免疫系統之間的運輸通道 [5] ，在此之前，人們並不認為大腦中存在淋巴管。
2019年，波士頓大學的一項研究，展示了睡眠清除代謝廢物的過程 [6] 。
睡眠狀態下，血液（紅色標記）流出，腦脊液（藍色標記）流入。
該研究表明，睡眠狀態下，腦脊液會受到睡眠時大腦慢波的影響，在周期性的震蕩過程中，清除了大腦中β-澱粉樣蛋白等廢物。
當處於清醒狀態時，這種有規律的周期性變化會隨之消失。
主要原因在於， 清醒狀態下 ，大腦需要足夠的血液來給大腦供氧、功能，血液充盈著大腦， 腦脊液只能活動在大腦的表面，很難有進入 大腦內部的機會。
即便有少量進入，也僅僅只是睡眠狀態下的5%。
不僅僅是β-澱粉樣蛋白，你的大腦透過一整天的工作，產生的代謝廢中，還存在大量的活性氧(reactive oxygen species , ROS)。
雖然我們依賴氧氣分解糖來給我們提供能量，一些中間產物也具有相應的生理功能，例如一氧化氮在血管舒張和神經傳導方面發揮著重要作用。但本質上來說，氧氣這種強氧化物，以及它衍生的活性氧，同樣會氧化破壞我的機體，對健康造危害。
雖然我們的身體，對活性氧、自由基，自有一套清除機制（例如超氧化物歧化酶），但大腦的清理主要在睡眠時進行。熬夜的人，活性氧得不到及時清理，大腦的健康自然會受到威脅。
當然，大家也沒必要因為臨時熬夜而感到恐慌。
人類經過長達300萬年的前進演化，面對惡劣的環境時，總是有熬夜的需求，大腦早就對熬夜有了適應力的改變。
當你第一天進行熬夜後，第二天你睡覺時，大腦會產生更多的慢波，進行更深度的廢物清理。
不過，大腦的這種彈性適應能力也是有上限的。
如果長期熬夜，超過大腦的適應閾值，那自然會對大腦造成傷害。老年人容易患艾爾茨海默癥，正是和大腦的慢波減少具有相關性。
當你不得不熬夜的時候，記得一定要好好補上一覺（盡量還是少熬夜）。
雖然睡覺時，大腦對廢物的清除是主要工作之一。但睡眠的作用，並不僅僅限於此。
很早以前人們就認識到，慢波睡眠有助於長期記憶的形成，利於鞏固學習和經驗 [7] 。但隨著腦科學的快速發展，相關理論才進一步得到了證實。
例如，當我們在清醒狀態，一相記憶任務成功執行後，大腦會產生θ振蕩。如果我們在睡眠時，相關記憶進行重復啟用，當我們辨識相關線索時，θ波震蕩便會明顯加強。這說明，大腦在睡眠期間加強了記憶痕跡和詞匯整合 [8] 。
在慢波睡眠狀態下，海馬體中新編碼的資訊會重復啟用，使得陳述性記憶在皮層水平上與已有的知識網路進行協調，並逐漸整合 [9] 。
總的來說，睡眠時，大腦新皮層與海馬體，透過 記憶鞏固(MemoryConsolidation) ，完成記憶轉移，形成長期記憶。而在記憶鞏固的過程中，記憶會發生回放。透過對老鼠大腦進行研究，已經確定了相關神經機制的存在 [10] 。
除此之外，大腦會優先在睡眠時合成生長激素，幾乎已經成了常識。其實，生長激素也主要在慢波睡眠中合成，對成年人的影響很大。
但值得說明的是，一項研究記錄了305名兒童從1~10歲的生長、身高，以及體重情況，發現，兒童睡眠時間的變化似乎對兒童的生長沒有影響 [11] 。這可能和人類的前進演化有關。
當然，兒童時期睡眠不足，會影響認知、神經元，以及情緒方面的發展，這是有依據的 [12] 。
總的來說，就目前的研究來說，睡眠有以下這些作用：
這些作用，主要表現在兩大功能上。
1、鞏固記憶，維持大腦的認知功能。
2，清理最佳化，保持大腦的健康高效。
對於長期且過度熬夜的人來說，你損失的主要便是這兩大功能。
參考
- ^ Fleischman D , Berdahl J . Anatomy and Physiology of the Cerebrospinal Fluid[M]. 2019.
- ^ Iliff J J , Wang M , Liao Y , et al. A Paravascular Pathway Facilitates CSF Flow Through the Brain Parenchyma and the Clearance of Interstitial Solutes, Including Amyloid β[J]. Science Translational Medicine, 2012, 4(147):147ra111.
- ^ Kowall, Beal, Busciglio, et al. An in vivo model for the neurodegenerative effects of beta amyloid and protection by substance P.
- ^ Sleep Drives Metabolite Clearance from the Adult Brain[J]. Science, 2013, 342(6156):373-377.
- ^ Eccles, Jacob, D, et al. Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels (vol 523, pg 337, 2015)[J]. Nature, 2016, 533(May 12 TN.7602):278-278.
- ^ Fultz N E , Bonmassar G , Setsompop K , et al. Coupled electrophysiological, hemodynamic, and cerebrospinal fluid oscillations in human sleep[J]. Science, 366.
- ^ Plihal, Werner, Born, et al. Effects of Early and Late Nocturnal Sleep on Declarative and Procedural Memory.[J]. Journal of Cognitive Neuroscience, 1997.
- ^ Thomas, Schreiner, Maurice, et al. Cueing vocabulary during sleep increases theta activity during later recognition testing[J]. Psychophysiology, 2015, 52(11):1538-1543.
- ^ Chambers A M , Payne J D . The Memory Function of Sleep[M]. John Wiley & Sons, Ltd, 2015.
- ^ Wang M , Foster D J , Pfeiffer B E . Alternating sequences of future and past behavior encoded within hippocampal theta oscillations[J]. Science, 370.
- ^ Jenni O G , Molinari L , Caflisch J A , et al. Sleep duration from ages 1 to 10 years: variability and stability in comparison with growth.[J]. Pediatrics, 2007, 120(4):e769.
- ^ Jenni O G , Dahl R E . Sleep, cognition, and emotion: A developmental view[J]. child welfare, 2008.
