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8 双相的生活

钻研人类记忆,探索复习算法。改善教育公平,践行自由学习。

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8.1 双相性的人类

在本章中,我将说明为什么双相睡眠是高生产力和大脑健康的最佳睡眠模式。

大多数研究人员都认为,成年人的昼夜节律周期双相的。除了睡眠之外,它的外在表现之一是人的体核温度变化。

Temperature changes in the course of the day in degrees centigrade (courtesy of: Prof. Luiz Menna-Barreto, State University of Campinas, Brazil)
人体一天的温度变化(摄氏度)由巴西坎皮纳斯州大学的 Dr. Luiz Menna-Barreto 绘制

SuperMemoSleepChart 提供了很好的工具来验证人类睡眠的双相性。我已经收集了单相和双相睡眠者的数据,说明了这一事实。

8.2 双相睡眠的学习

仅用 SuperMemo 通过全天的学习评分数据,就可见得学习表现的双相性,而不必录入睡眠数据。如图所示,该图描绘了一名单相睡眠者,两个孩子的父亲的学习表现。在清晨 6 点左右,也就是在他自然醒后不久,平均表现最好。从上午 11 点到下午 1 点,平均表现骤降。在下午 5-6 点左右,学习表现第二次激增。

Grades scored in learning by a monophasic sleeper throughout the day

8.3 双相睡眠周期图

也只需要 SleepChart 一个软件,就能证明睡眠的双相性。对于自由运转的睡眠的记录,可以进行傅里叶分析,以揭示睡眠的周期特征。下图示例了一个周期图:

Exemplary periodogram of human free running sleep revealing a biphasic nature of sleep periodicity
自由运转的睡眠周期图显示了其双相性。两个睡眠频率主导了该睡眠记录。它们大致和 12 和 24 小时的周期相符。

8.4 双相的睡眠和学习

若同时使用 SleepChartSuperMemo ,我们可以观察到日间表现如何按照昼夜节律变化。来自 SuperMemo双相评分图(如前所示)可以针对昼夜节律相位进行修正,该相位可以与实际时间独立,特别是在自由运作睡眠中。在下图的示例中,一名双相睡眠者在清晨学习表现最好:

Grades of a biphasic sleeper in relation to the circadian phase
*图:参照昼夜节律学习评分变化,来自 SuperMemo 的双相评分图可以轻松修正昼夜节律,而在自由运行的睡眠状况下,昼夜节律又可以与实际绝对时间独立。在该例中,这是一位双相睡眠,且不规律睡眠的中年男性。它在清晨(或者说,主观性夜晚结束后)表现出最好的学习表现。从早上的高峰开始,大约 7 小时后,平均评分骤降。傍晚时分又会激增。最后在睡前不久,学习评分又会骤降。

8.5 双相睡眠

SuperMemo for Windows使回忆昼夜节律相位相关联成为可能。相位是由 SleepChart 估计的,它已经与 SuperMemo 的较新版本集成。在上述展示的例子中,一名双相睡眠的男性在白天的警觉性和学习质量上显示出两个主要的波峰:

Recall in a biphasic sleeper in relation to the circadian phase showing two major peaks in alertness and learning quality during the day
图:人类记忆的双相性。一名 45 岁的午睡者在回忆上的昼夜节律变化。第一个波峰位于估计的自然醒后(而非实际的清醒时刻,两者可能不同)的 3-4 小时内。第二个稍长的波峰横跨 12-18 小时。在主观的白天中(即从昼夜节律数据中估计的清醒时间,而非从时钟获取)的第 8 小时,自由回忆受到了明显的抑制。红线表示从 SleepChart双组分模型中得出的估计总体警觉性。在这种情况下,估计的警觉性与实际学习过程中测得的回忆(成功率)几乎完全吻合。从特征上看,由于没有自稳态疲劳,第二个表现波峰和第一个波峰一样强。相反,如果没有午睡,通常在一天的后半段,回忆率会比较低。如果下半天的学习效果较好,这反而可以用生活方式(如晚间休息)来解释,而不是神经生理学。

学习表现的第二个波峰不是午睡的效果,这一事实可以通过取自不午睡的人的数据来证明:


Recall in a non-napper in relation to the circadian phase showing two major peaks in alertness and learning quality during the day
图:人类记忆的双相性。一名 10 岁的非午睡者在昼夜节律影响下,回忆率的变化。第一个波峰出现在预计自然醒来时间(在这种情况下,几乎与实际醒来时间相同)的 0-6 小时内。第二个稍短的波峰出现在 13-17 小时之间。在主观白天(即从昼夜节律数据中估算的醒来时间,而不是实际醒来时间)的 8-12 小时内,自由回忆明显下降。特点是,由于自稳态疲劳,第二个表现的波峰要低于第一个波峰。相反,在午睡之后,回忆率可能和白天上半段一样高。如果白天的下半段的学习效果较好,这更可能是生活方式(比如,平静的晚间活动)而非神经生理因素所导致的。

8.6 单相睡眠与双相学习

单相睡眠者的两个警觉性波峰高度可能有所不同,他们在主观清醒日的第 8 小时也会有明显的回忆率下降。然而,从特征上看,由于自稳态睡眠动力组分的影响,单相睡眠者在晚上可能不会有与双相睡眠者同样程度的表现提升。哪怕短短几分钟的午睡,也能大幅度提升警觉性。著名的午睡专家 David Dinges 博士在他的综合调查中已经注意到了这一点,他将习惯午睡者和非午睡者进行了比较(Dinges 1989[14])。

为了说明双相睡眠者和单相睡眠者之间的区别,请看一个类似的回忆率图,其中一名单相的 15 岁非午睡者在早上的时候表现最好,在清醒的第 8 个小时出现急剧下降,与认知功能的主观下降一致:

Grades of a monophasic sleeper in relation to the circadian phase

在暂时的下降之后,会有一个急剧的恢复,在一天的后半段,表现会逐渐下降。这种下降被一种自稳态机制强烈加速。黄线显示了估计的昼夜节律警觉性的成分。在这种情况下,昼夜节律的好处被自稳态的警觉性下降所掩盖,这在图中没有显示。这就是为什么假设的昼夜节律警觉性和实际的警觉性只在一天的前半段相符。

8.7 双相昼夜节律图

睡眠调节的双过程模型有一个双相的扭曲。在自由运行的睡眠中,睡眠是睡眠倾向的真实表达,有可能在一个昼夜图中同时看到睡眠的自稳态昼夜节律部分:

Circadian graph of a biphasic sleeper

SleepChart可以用其图表工具来表达稳态和昼夜节律的睡眠!它显示了人类生活的双相天性

对于习惯午睡者而言,昼夜节律的双相性矛盾地表现在双峰睡眠倾向曲线而不是昼夜节律曲线。这种作用逆转的原因是睡眠倾向的两个昼夜颠倒的波峰之间的生理差异。在习惯午睡者身上,在午睡时间启动睡眠和在晚上启动睡眠一样容易。然而,在午睡时间的睡眠长度非常短(通常为 15-80 分钟)。

在所展示的图表中,蓝线对应的是在任何特定的昼夜节律时间启动睡眠的能力。在横轴上,它与SuperMemo中显示的警觉性图表非常吻合(如前面几段所示)。它与学习数据以及 SleepChart 中实现的双过程睡眠模型都很吻合。

红线对应的是维持睡眠的能力。它揭示了前面显示的警觉性图表中看不到的东西。午睡不能持续很久,而且总是会被提前自然终止(第一个蓝色波峰下的低红线)。相比之下,主观黑夜时期是一天中唯一可以也应该持续时间最长的睡眠时间(通常不少于 4-5 小时)。红色波峰也是多相睡眠的信徒渴望的“核心睡眠”醒来时昏昏沉沉,并在这个关键的主观夜晚时期需要沉重的闹钟炮火来唤醒的原因。

David Dinges 在他的调查中注意到,一天内午睡超过一次的情况极为罕见。大多数午睡者的午睡时间为 15-120 分钟。如果在午睡高峰期之前午睡,时间会比较短。如果是在高峰期之后,通常会持续更长的时间,在特别大的延迟情况下,或在有睡眠剥夺、REM 睡眠不足或任何其他形式的 「睡眠债务」的情况下,甚至可能与夜间睡眠结合。

Dinges 注意到,欲望型(习惯性)和替代型(补偿性)的午睡者都倾向于将他们的午睡时间定在醒后 7-8 小时(见:午睡的最佳时间)。即使午睡的习惯可能不同,但午睡低谷的昼夜节律时间在人群中似乎相当相似(Dinges 1992[15/]

重要的是要再次注意到,晚间的警觉性提高被小睡所放大,但在非小睡者中也显示出来,并且可以很容易地在两个过程模型中分解为其自稳态和昼夜节律组分(如下两个例子中所示)。

8.8 双相睡眠倾向的两个组成部分

最后两张图显示了昼夜节律和稳态成分对警觉性的影响。

在第一个例子中,一位采用自由运行睡眠的 29 岁女性非午睡者在醒来后的 8-9 小时内显示出警觉性下降。红色的自稳态估计值显示,其在清醒日中没有急剧下降,而是稳步下降:

Homeostatic alertness and recall of a monophasic sleeper

黄色的昼夜节律估计显示了预期的下降位置和晚上的波峰,解释了晚上学习表现的提升:

Circadian alertness and recall of a monophasic sleeper

晚间回忆的提升和晚间昼夜节律的估计都很一致,再次表明整体警觉性取决于睡眠控制系统的自稳态和昼夜节律部分。

8.9 睡眠不足时的双相表现

在严重和轻度睡眠不足的情况下,中午的低迷也很突出。这幅显示了在一项 26 小时的睡眠剥夺研究中,中午的警觉性下降(Czeisler 等人,2006[16/])。暴跌的时间(觉醒期的 10-12 小时)表明,前面的睡眠时间定位不理想(因此需要为研究中断睡眠)。在实验室条件下,自然醒来可能发生在强制唤醒的 1-2 小时之后。该图还显示,从第二阶段 NREMREM 睡眠中强制唤醒引起的睡眠惯性比 26 小时的睡眠剥夺引起的认知能力下降要大得多。

8.10 小结:午睡是好事!

从以上图表来看,人的生物钟无疑是双相的。以下是一些相关的启示:

双相睡眠是最符合人体自然规律、最有益健康的睡眠方式


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Thoughts Memo 汉化组译制
原文:8 Biphasic life
目录:《睡眠好,学习好,生活好》

专栏:睡眠研究 & 生活建议


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