睡眠在我们的生活中至关重要，因此我们会花相当多的时间睡觉。睡眠使身体（包括大脑）得以恢复代谢功能；但当代研究的关注重点正从睡眠的恢复作用，转向它对大脑和行为所发挥的主动作用。
睡眠由若干不同阶段组成。其中两个阶段——慢波睡眠（或深度睡眠）和快速眼动（REM）睡眠——呈现出截然不同的大脑活动模式，并与不同的认知过程相关。
慢波睡眠的特点是新皮层中的神经元以较慢的速度同步放电，每秒0.5至3次。新皮层构成了大脑大部分的大脑皮层，在记忆、思维、语言和意识方面发挥作用。相较之下，在快速眼动睡眠期间（我们大多数梦境都发生在这一阶段），神经元放电速度很快，并以高得多的频率同步进行，每秒30至80次。
快速眼动睡眠期间的这种大脑活动模式，让人联想到清醒时观察到的模式，因此快速眼动睡眠常被称为“矛盾睡眠”。
认知功能
越来越多的证据表明，慢波睡眠与记忆巩固有关，并参与将编码近期经历的信息从海马体转移出去，以及在新皮层内建立长期连接。快速眼动睡眠则与涉及经历抽象化和概括化的过程有关，从而带来创造性发现并改善问题解决能力。 越来越多的证据 表明，慢波睡眠与记忆巩固有关，并参与将编码近期经历的信息从海马体转移出去，以及在新皮层内建立长期连接。快速眼动睡眠 已被发现与 涉及经历抽象化和概括化的过程有关，从而带来创造性发现并改善问题解决能力。
尽管清醒与快速眼动睡眠之间有显著相似之处， 许多研究 仍探讨了这两种状态下不同脑区活动的差异；与清醒时相比，快速眼动睡眠期间的扣带皮层、海马体和杏仁核活动更为活跃。这些脑区尤其令认知神经科学家关注，因为它们是参与情绪调节和情绪记忆的关键区域。
然而，在这些广泛的皮层和边缘系统区域中，究竟是哪些亚区处于活跃状态——也就是大脑中产生这些激活模式的通路——以及这些区域在快速眼动睡眠期间活动的确切功能，目前仍缺乏充分描述。
大鼠的皮层活动
一项新研究 发表于《Science Advances》，研究了一组大鼠快速眼动睡眠的生理和功能特征，并深入揭示了皮层活动及产生这种活动的皮层下通路。该研究的细致程度，为我们理解快速眼动睡眠对大脑和认知行为的影响迈出了重要一步。
作者研究了几组大鼠：它们可以睡觉，但连续三天被阻止进入快速眼动睡眠。在评估前六小时，一半大鼠可以正常睡眠，另一半则继续被剥夺快速眼动睡眠。随后，获准正常睡眠的大鼠在这六小时内表现出快速眼动睡眠水平升高。这使研究人员能够比较两组近期快速眼动睡眠的影响。另设一组对照大鼠，在整个研究期间均可正常睡眠。
基因表达分析通过追踪特定mRNA或蛋白质的存在来进行，这些物质可被确认为某些基因发挥作用的结果。研究发现，在测试前经历了大量快速眼动睡眠的大鼠，若干与突触可塑性（突触适应局部环境变化的速度）相关的基因表达水平更高，而这些基因会影响海马体中的神经传递效率。
快速眼动睡眠后，新皮层中与突触适应能力相关的基因表达也有所增加，但与神经传递相关的基因表达则低于被阻止进入快速眼动睡眠的那组。因此，快速眼动睡眠的功能似乎源于神经元交流方式的变化。这与一种观点一致：快速眼动睡眠使大脑的记忆处理系统重新平衡，从而有助于大脑在第二天有效应对经历。
大脑中的哪些部位？
猕猴躯体感觉皮层的染色神经元。
Brainmaps.org， CC BY
在另一项研究中，同一研究团队确定了这些变化在大脑中实际发生的确切位置。在新皮层的若干区域（包括整合感觉和运动功能的感觉运动区），可见可塑性普遍增强。在海马体中，这种变化通常局限于齿状回；人们认为，除其他功能外，齿状回还参与形成新的情景记忆。快速眼动睡眠还与新皮层许多区域神经传递减少有关，这表明快速眼动睡眠可能普遍削弱突触之间的连接，从而使大脑网络能够更好地从多种经历中学习，而不是只受单一事件影响。 人们认为 还参与形成新的情景记忆，除此之外也有其他作用。快速眼动睡眠还与新皮层许多区域神经传递减少有关，这表明快速眼动睡眠可能普遍削弱突触之间的连接，从而使大脑网络能够更好地从多种经历中学习，而不是只受单一事件影响。
屏状核：巩固情绪与记忆。
曾是一只蜜蜂
该团队开展的最后几项研究确定了快速眼动睡眠期间皮层可塑性和神经传递变化的来源。研究人员追踪不同脑区之间的信号传递，并结合化学损毁（即暂时使脑区失活），确认另外两个区域——屏状核和乳头上核——在快速眼动睡眠期间发挥关键作用。
这两个区域 已被确认 参与情绪与记忆的整合。屏状核是位于新皮层内侧下方的一层非常薄的神经元。已知它与大脑这一部分的许多区域相互连接。因此，屏状核被认为参与整合来自多种感官的刺激，并参与连接涉及情绪处理和注意力的区域。
位于海马体内的乳头上核也已知与大脑多个区域相互连接，其中一些区域与情绪处理有关。
这项研究的意义在于，它提供了相互印证的证据，表明快速眼动睡眠会调节大脑中参与情绪处理区域的激活和突触处理。这也与此前未经检验的说法一致，即快速眼动睡眠对于编码记忆（但不包括记忆的情绪内容）很重要。虽然快速眼动睡眠期间做梦的作用尚未与大脑中神经化学物质的已观察效应建立联系，但了解做梦时大脑中发生的情况，或许最终会成为理解情绪和记忆处理的关键。
本文由我们与 The Conversation合作发表。阅读 原文。
发表本文并不代表世界经济论坛认可其中观点。
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作者：Padraic Monaghan 是兰卡斯特大学认知学教授。
图片：代表们在利马举行的联合国气候变化大会COP 20全体会议休会期间休息。路透社/Enrique Castro-Mendivil
