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更新時間：2020-09-24

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人的一生中約有三分之一的時間都在睡覺，睡眠是整個動物界生存所必須的過程。有研究表明，動物在醒著的時候會受到一定程度的神經(jīng)系統(tǒng)損害，由此產(chǎn)生的受損基因和蛋白質(zhì)，會在腦部堆積并引起疾病，而睡眠有助于修復(fù)這種損害并清除這些垃圾。

也有實驗發(fā)現(xiàn)，睡眠可以促進(jìn)與學(xué)習(xí)和記憶鞏固相關(guān)的神經(jīng)塑性重組及突觸的生長。但我們目前對于神經(jīng)修復(fù)和重組在睡眠期間的相對作用，以及其在個體發(fā)育過程中是否會發(fā)生變化仍不清楚。

近日，來自英國帝國理工大學(xué)、美國加利福尼亞大學(xué)以及德克薩斯大學(xué)的研究團(tuán)隊在《Science Advances》上發(fā)表了題為Unraveling why we sleep: Quantitative analysis reveals abrupt transition from neural reorganization to repair in early development的研究成果，揭示了個體系統(tǒng)發(fā)育過程中睡眠的變化，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)塑性重組主要發(fā)生在快速眼動睡眠（REM）中，而睡眠的主要功能會在約2歲半時發(fā)生變化，由神經(jīng)重組及學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為功能修復(fù)和垃圾清除。

DOI: 10.1126/sciadv.aba0398

研究人員利用來自60多項包括人類和其他哺乳動物的睡眠研究的數(shù)據(jù)，進(jìn)行了迄今為止全面的睡眠統(tǒng)計分析。檢查了個體從出生到成年整個發(fā)育過程中的睡眠數(shù)據(jù)，包括總睡眠時間，REM睡眠時間，大腦大小、體重，腦代謝率、身體代謝率和睡眠代謝率（SMR），以及個體發(fā)育數(shù)據(jù)，包括大腦的白質(zhì)、黑質(zhì)和突觸密度等，并建立了*的定量理論和數(shù)學(xué)模型來分析突觸密度、睡眠時間、大腦大小與腦代謝率之間的聯(lián)系，解釋個體發(fā)育中睡眠如何隨大腦和體重變化而變化。

發(fā)育早期的不同睡眠時間比例

發(fā)育后期的不同睡眠時間比例

數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，REM睡眠會隨著大腦大小的增大而減少。新生兒的睡眠時間中有50％為REM睡眠，但到10歲時其占比會下降到25％左右，且隨著年齡的增長而持續(xù)減少。50歲以上的成年人的REM睡眠時間僅占15％。REM睡眠時間的減少大概是從2歲半開始發(fā)生的。而且當(dāng)所有物種達(dá)到相當(dāng)于人類約兩歲半的年齡時，其REM睡眠時間也會開始急劇下降，無論是小鼠、兔子還是豬。

功能轉(zhuǎn)化前的腦代謝及與腦質(zhì)量和年齡的關(guān)系

REM睡眠占比的顯著下降，也代表著睡眠功能發(fā)生著重大的變化。研究發(fā)現(xiàn)2歲半前的睡眠主要是進(jìn)行大腦的構(gòu)建、神經(jīng)重組和學(xué)習(xí)，而2歲半后，睡眠的主要功能逐漸轉(zhuǎn)化為大腦的維護(hù)和修復(fù)，即神經(jīng)系統(tǒng)損害的功能修復(fù)和代謝物等垃圾的清除。且后期幾乎所有的大腦修復(fù)都是在睡眠中進(jìn)行的。