问题描述
初中生初一初二还好,初三和高中的三年,虽然学校总是说留够了时间,但是实际情况是只有一少部分可以做到,大部分人因为对知识的理解与掌握,会花更长的时间进行学习,这样睡得更少,导致精力更差,学习更加无力,无力又会导致进一步加长学习时间,一个死循环?
缺乏睡眠导致学习效率低下;更严重的是,这是一种慢性自杀。
摘要
- 我们睡觉是为了让大脑能够整合新知识并形成新联想。
- 睡眠中,我们将知识从「内存」写入「硬盘」,闹钟则是在写入数据时断电。
- 睡眠最重要的机能是重新组织正在休眠的大脑神经网络。
- 睡眠应该被列为基本人权之一。
以下内容摘自:
叶峻峣:3 为什么要睡觉?3.1 睡眠的作用
多年以来,睡眠的生理功能尚不明确。很多人认为,睡眠是用来休息、恢复精神的。睡眠的恢复性、保护性、能量保存理论一直相当流行。最近,人们发现,长时间睡眠和意识抑制似乎并不是进化中解决资源枯竭、废物排除或保存能量的最佳方式。例如,肌肉不需要完全关闭来休息。睡眠的关键功能在实验中得到了显著说明,长时间被剥夺睡眠的老鼠最终会在 2.5 周内死亡(参见:不睡觉就会死。)。
以进化角度看,睡眠是一个非常原始的现象,这说明睡眠对生存至关重要。只是在最近,人们才毫无疑问的证明了,睡眠机能与学习有关(并非所有科学家都同意)
很久之前,研究者就认识到,小脑中的海马体对记忆形成的重要性。但是,一直都没有人阐明,它有别于大脑皮层其他区域的特殊之处。后者同样显示出突触可塑性,即存储记忆的能力。
在研究者的集体努力下,最终提出了睡眠中神经优化的理念(参见下一小节的比喻:磁盘和内存)。György Buzsáki 博士提出的突破性理论,记忆痕迹(memory trace)形成的两阶段模型,为我们解释了,睡眠中可能发生的事情(Buzsáki 1989[1])(注意不要与后文的记忆两构成模型(Woźniak 等,1995[2])和睡眠两构成模型互相混淆[3])。Buzsáki 利用他的神经网络知识(译注:此为生物学用语,请勿与计算机用语混淆)、对激发神经元的巧妙实验、对神经元在时间和空间上激发特征的复杂数学分析,提供了一个很好的模型,解释了两大睡眠组成部分,即 REM (快速眼动睡眠)和 NREM(非快速眼动睡眠),如何共同优化记忆。海马体作为大脑的中央配电盘,可以轻易存储短期记忆(short-term memory)特征。然而,这些特征必须在新皮层进行编码,以便为编码的新短期记忆提供空间,这种重建大脑神经网络的复杂过程是在睡眠中进行的。与休息或保存能量不同,这一进化神经数学的最大壮举要求大脑完全关闭,不受环境输入的影响(在大多数动物中)。这种机能,是睡觉的主要原因和目的,所以睡眠过程中,我们没有清晰的意识。在睡眠时,大脑的工作强度并不亚于 SAT 或 GRE 考试时的表现。大脑重新排列记忆,以确保所有新知识都以最佳方式存储以供使用。
我们睡觉是为了让大脑能够整合新知识并形成新联想。由于我们必须通过睡眠使得大脑继续发挥其作用,我们的身体在睡眠中也附加了几十个重要过程。简而言之,清醒时,使用且燃烧;睡觉时,恢复且合成。睡眠影响到整个身体的功能和健康。
睡眠是由一组复杂的大脑核团控制的。对这个系统的干扰会破坏睡眠功能。参见:睡眠控制系统
参见:
3.2 磁盘和内存比喻
该比喻可以帮助理解睡眠的职责,以及为什么闹钟是有害的:
比喻. 为什么使用比喻?
我们可以把大脑和 NREM-REM 睡眠周期和一台电脑相比。在白天,我们学习、遭遇新的事物,把新数据存在内存里。在晚上,先是 NREM,把数据从内存写入磁盘(译注:这里是磁盘,也就是 HDD 机械硬盘)。NREM 之后是 REM,用于整理磁盘碎片,也就是组织数据,然后排序,建立新的连接等。于是晚上就会一直重复这个流程,直到内存数据全部被写入磁盘(保证长期使用),内存被清理,并为新的一天的学习准备就绪。醒来时相当于电脑重启。如果闹钟在重启之前响了,往往会让磁盘支离破碎(译注:可以类比成写入数据时断电)。读取速度很慢,思维一团乱麻。甚至,有些数据根本没有写入硬盘,和一开始就没有写入内存的结果是一样的。总之,用了闹钟,就会危及数据。
你可能不关心智力表现,但仍然有其他生物因素表明,使用闹钟并不健康。虽然使用闹钟并不会死。但这和吸烟、滥用药物、摄入过量肥肉的做法没有本质区别。许多发明源于昏昏沉沉的大脑。但是,没有什么能够比足够睡眠后,焕然一新的大脑更能改变未来。
3.3 不良睡眠会导致事故并造成严重损失
睡眠剥夺是杀手。它导致飞机失事、核电站故障、汽车失事、石油泄漏等,杀死了宝贵的生命。睡眠剥夺可以改变历史进程。如果 Charles Lindbergh 未能从由睡眠不足造成的下沉中恢复 St. Louis 意志号,他将只是历史的一个脚注。睡眠不足改变了核裂变的未来和石油勘探的未来。睡眠不足在公路上造成的死亡人数与酒驾一样多。美国每年有 1550 起死亡事故可归因于疲劳驾驶。这相当于十年内发生的六起世贸中心大楼(译注:911 事件)倒塌的悲剧!令人惊讶的是,由于痛苦和折磨在人群中被稀释,疲劳驾驶从来没有像恐怖袭击那样成为头条新闻。有三分之一的美国人至少有一次在方向盘后面睡着了!当夏令时切换时,汽车事故增加了 9%。睡眠剥夺给工业化社会造成了天文数字般的损失。在学校里,有数以百万计的时间浪费在非生产性的学习上,有数以百万计的人力时间浪费于徒劳地在床上辗转反侧。暴躁行为和情绪爆发也是有代价的。对于更好睡眠的追求激起了绝望的解决方案,如 达·芬奇睡眠(Uberman 睡眠),「安全闹钟」装置,数百本书和成千上万的博客,其中有关于快速入睡、早起或少睡的好建议。同时,真正的解决方案是简单而明显的!阅读本文的部分内容,并尝试一个月自由运作的睡眠。这能让你对睡眠的知识和生活潜力翻两倍。
我们需要尊重睡眠,让孩子们睡觉,设计更明智的夜班时间表,并尽量减少和死神打交道的行业(如,医疗行业)的睡眠剥夺。
在《经济学人》组织的睡眠剥夺辩论中,Karen M. 对结论这样评价:「我们没有足够的睡眠,我们也不会『做任何改变』。因为大多数人连维持爱好的时间都所剩无几。这是一个可悲的事实,但它真实存在。」尽管 Karen 试图代表所有人说「我们」,但这篇文章的读者多半不能被代表。否则,我就不会在这里写作了。优质睡眠使我们更完美、更聪明并且拯救生命。
参见:之所以厌恶睡眠不足的 10 大原因 来自 WebMD
以下内容摘自:
叶峻峣:4 睡眠剥夺是致命的4.1 不睡觉就会死
几乎每个人都通宵过。尽管这是个不怎么愉悦的经历。但这种感觉总会在一晚稳固睡眠后消逝。因此,得知一两个星期的睡眠剥夺可能导致死亡,往往是令人震惊的。睡眠研究者搭建了一个残酷的装置,让小白鼠刚入睡就吵醒它们。这个装置表明,通过睡眠剥夺,只需要平均三周的时间就可以杀死一只小白鼠(或者通过 5 个月的 REM 睡眠剥夺)(Rechtschaffen 1998[4])。Siegel 博士证明了被睡眠剥夺的小白鼠的大脑损伤。(Siegel 博士,2003[5])由于糖皮质激素(glucocorticoids)的增加,大脑的某些部分的神经生成(neurogenesis),因为睡眠剥夺而抑制。[6]简而言之,睡眠剥夺对大脑健康非常不利。
睡眠剥夺是一种广为人知的酷刑。由于伦理原因,小白鼠实验无法在人类身上复制(最终会导致死亡)。总之,通过对睡眠障碍影响的研究,我们对人类在睡眠剥夺状态下的最大限度有了一个大致的了解。其中一个例子是遗传性失眠症,在这种情况下,基因变异使得受影响的人患有逐渐恶化的失眠症,最终会在几个月内死亡。另一个例子是 Movan 综合症,免疫系统疾病破坏了神经元的钾离子通道,导致了严重的失眠和死亡(除非疾病得到缓解)。
你可能听到过对从不睡觉的人的报道。这些报道肯定有所讹误。说自己不睡觉的人,要么是在吹嘘,要么是对睡眠状态产生了幻觉,从而以为在睡觉的时候并没有睡觉。
4.2 大脑垃圾收集理论
为什么睡眠剥夺最终是致命的?睡眠不足导致的死亡和老年正常死亡一样。很多时候,多重因素共同导致了最后的必然结果。或许没有人知道他的确切答案。但对睡眠的研究给了我们相当多的思路。
睡眠最重要的机能是重新组织正在休眠的大脑神经网络。(参见:睡眠中的神经优化)
在白天,我们学习新知,记忆,掌握机能,明晰事实,通过创造性联想建立新记忆。在醒来后漫长的一天中,大脑中充满了杂乱无章的记忆碎片。这些碎片需要和早前学到的知识融合起来。如果不这么做,大脑就会变成一团乱麻,没有新空间来储存新记忆。这种睡眠神经作用,是非常基本的,因此,睡眠剥夺会影响到几乎所有受神经系统支配的身体机能。如果没有定期的垃圾清理,单个神经网络就会出现故障。而后,故障会逐渐扩大,成为整个机体的严重问题。睡眠剥夺导致的常见影响包括:体温调节问题、免疫功能下降、激素变化(如,糖皮质激素 glucocorticoids 和儿茶酚胺 catecholamines 下降)、代谢变化、营养不良、幻觉、自律神经系统紊乱、细胞附着力变化、炎症因子增加(如 IL-6、TNF、C 反应蛋白等)、皮肤病变、氧化应激,DNA 损伤等。这些问题足以导致死亡。打个比方,如果我们把欠发达的生物体比作一台一战轰炸机,我们可以想象,它们进化成人的过程,就像获得驾驶 B-2 轰炸机所需的软件。尽管 B-2 轰炸机比莱特兄弟(Olive Wright)建造的飞机领先多年,但软件只要发生一个错误,就足以让它从天空坠下。睡眠不足的人体就像是 B-2 飞机的软件出现故障。可能技术上赶超他人,也或许表现卓越,但它却是脆弱的。对先进软件或神经的依赖总是危险的。但十分幸运,每天睡觉就可以消除这种危险。更多请参见:睡眠中的神经优化。
4.3 睡眠保护
睡眠剥夺还有第二层麻烦。因为睡眠十分重要,所以所有高级生物都具有睡眠保护程序。这保证了睡眠剥夺会导致令人不快的症状。还会产生强烈的睡眠驱动力,难以克服。保持清醒变得难以忍受。闭上眼睛变成了宇宙中最舒服的事情。这些症状是神经网络故障的结果吗?当然不是。如果是的话,睡眠的动力也可能出现障碍。此外,从睡眠剥夺中恢复也不会这么快、这么容易、这么彻底。睡眠保护程序是存在的,这使得睡眠剥夺的影响变得更剧烈。就像过度反应的免疫系统造成免疫细胞风暴一样,睡眠保护程序也有可能增加睡眠剥夺中对神经网络的损害。Michael Stryker 博士因证明睡眠在大脑发育中的作用而闻名(Stryker 等,2001[7])。他认为夜间荷尔蒙变化可能「在巩固和加强日间经历方面,充当重要作用」[8]。睡眠剥夺中死亡的主要原因之一,或许因免疫功能下降(如无发热反应)而引起的机会性细菌感染。这种下降同样可能是因为:(a) 免疫功能的神经控制不佳 (b) 分解代谢过度(hypercatabolism)的直接影响。
4.4 睡眠中的新陈代谢
最后(也许不是全部),睡眠进化成了有机体新陈代谢的主要过程。没有睡眠,身体就会不断自我消耗,而没有时间重建。合成代谢状态并不需要关闭意识,但是夜间休息时,是进行重建的最佳时间。因为我们总要睡觉,所以这种合成代谢功能逐渐和睡眠的其他功能密不可分。合成代谢状态,以及夜间 GH 或睾丸激素的增加,也影响到神经网络和「精神软件」的状态。荷尔蒙的变化刺激或抑制神经成长。不管是什么原因,科学家们很快就发现,应用抗生素对这些感染的死亡没有什么帮助。睡眠不足的大鼠无论如何都会死亡。感染可能会加速原本不可避免的死亡。
4.5 为何不睡觉就会死?
对长期睡眠剥夺造成的致命结果,这三个因素的影响度是不可量化的:
- 神经网络故障
- 睡眠保护程序的次生效应
- 持续的分解代谢状态
即使后两者有可能通过药物来补救,但对于睡眠中的网络重塑是无计可施的。希望找到对睡眠补救措施的研究人员,正在慢慢摸索。如果没有类似科幻小说中般的纳米技术,睡眠将在未来许多年里伴随着人类的发展(见:人工智能需要睡眠)。虽然睡眠不足会导致死亡,但睡眠是个好事。它使我们更聪明,我们应该拥抱健康的、无拘束的睡眠带来的好处。毕竟,度过一天后好好睡一觉,是再好不过的事情了。睡眠应该被列为基本人权之一。
参考
1. Buzsáki G., "Two-stage model of memory trace formation: A role for “noisy” brain states," Neuroscience / Volume 31 / Issue 3 (1989): 551-570 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/03064522899042352. Two components of long term memory," Acta Neurobiologiae Experimentalis / Volume 55 (1995): 301-305 http://super-memory.com/english/2vm.htm
3. Borbély A.A., "A two process model of sleep regulation," Human Neurobiology / Volume 1 / Issue 3 (1982): 195-204 http://psycnet.apa.org/psycinfo/1984-06068-001
4. Rechtschaffen A., "Current perspectives on the function of sleep", Perspectives in Biology and Medicine / Volume 41 / Issue 3 (1998): 359-90 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9604368
5. Siegel J.M., "Why we sleep," Scientific American / Volume 289 / Issue 5 (2003): 92–97 http://www.scribd.com/doc/61992550/Why-We-Sleep
6. Hairston I.S., Little M.T.M., Scanlon M.D., Barakat M.T., Palmer T.D., Sapolsky R.M., and Heller H.C., "Sleep restriction suppresses neurogenesis induced by hippocampus-dependent learning," Journal of Neurophysiology / Volume 94 / Issue 6 (December 2005): 4224-4233. http://jn.physiology.org/content/94/6/4224.full
7. Frank M.G., Issa N.P., and Stryker M.P., "Sleep Enhances Plasticity in the Developing Visual Cortex," Neuron / Volume 30 / Issue 1 (April 2001): 275-287
8. Whitfield J., "To sleep, perchance to learn," Nature (April 2001), doi:10.1038/news010426-15 http://www.nature.com/news/2001/010426/full/news010426-15.html