人类为什么睡眠以及夜间大脑和身体会发生什么

科学家们仍在争论人类睡眠大约占生命三分之一的单一进化原因，但数十年的研究已详细描绘了大脑和身体在睡眠中实际做什么。两个过程占主导地位：大脑循环经历不同的电活动阶段，在整个夜晚，它执行在清醒时难以进行的维护工作。

夜晚由重复的90分钟周期组成

根据美国国立儿童健康和人类发展研究所（NICHD）的说法，睡眠在非快速眼动（NREM）睡眠和快速眼动（REM）睡眠之间交替。NREM本身有三个阶段：第1阶段是进入睡眠的短暂过渡；第2阶段带来更缓慢的脑波和体温下降；第3阶段是深度睡眠，以最慢的心率和呼吸以及生长激素释放来修复组织为特征。

快速眼动睡眠在入睡后约90分钟开始。眼睛快速移动，呼吸变得急促而不规则，大多数肌肉暂时瘫痪，大脑变得高度活跃，NICHD将这种状态与学习和记忆巩固联系起来。根据非营利卫生信息组织睡眠基金会的说法，一个完整的NREM-REM周期持续约90分钟，并在整个夜晚重复数次。深度睡眠在早期周期中占主导地位；随着夜晚的推进，深度睡眠缩短而REM阶段延长，所以到最后几个周期，睡眠者几乎所有时间都花在第2阶段和REM上，根据NICHD的说法。

睡眠基金会报告称，在整个夜晚，非快速眼动睡眠占总睡眠时间的75%至80%，仅第2阶段就占约一半。快速眼动睡眠占剩余部分。

大脑稍微收缩以自我清洁

最清晰的功能发现之一来自2013年《科学》杂志上的一项研究，由罗切斯特大学神经科学家Maiken Nedergaard的团队领导。根据罗切斯特大学医学中心（URMC）对该工作的说明，研究人员确定了他们命名的脑脊液清除系统，这是一个利用脑脊液通过血管周围通道流动的网络，以清除大脑组织中的代谢废物。

URMC报告称，该团队发现睡眠期间大脑细胞收缩约60%，在细胞之间开放更多空间供流体流动，该系统在睡眠期间的活跃程度几乎是清醒时的十倍。在同一项研究中，睡眠中的大脑清除了比清醒大脑更多的淀粉样β蛋白，这是一种与阿尔茨海默病相关的蛋白质。根据同一说明，神经递质去甲肾上腺素似乎有助于触发细胞大小的变化，尽管研究人员指出完整的调节图景仍在进行中。

两个独立的时钟决定了你何时感到困倦

根据BrainFacts.org（包括神经科学学会在内的神经科学学会的公众教育资源），睡眠时机受两个相互作用系统的控制。首先是由下丘脑中的视交叉上核（SCN）（神经细胞集群）运行的昼夜节律钟。SCN的细胞携带大约每24小时循环一次的"时钟蛋白"，并直接从视网膜接收光信号，这就是为什么可以通过暴露于日光或跨越时区来重置时钟。

第二个系统是稳态睡眠压力，由腺苷驱动，腺苷是一种随着人们保持清醒的时间越长而在大脑中积累的化学物质。当腺苷与唤醒相关脑细胞上的受体结合时，它会抑制它们的活动并增加困意；睡眠会清除积累。根据BrainFacts.org的说法，咖啡因的作用是阻断这些相同的腺苷受体，这就是为什么它会延迟困意的感觉，但不会消除潜在的睡眠债务。

推荐多少睡眠，没有睡眠会发生什么

美国疾病控制与预防中心（CDC）发布基于年龄的睡眠时长指导，如下所示。

CDC指出，持续获得少于推荐数量的睡眠与患2型糖尿病、心脏病、高血压和中风的风险较高相关，而充足的睡眠与更少的疾病、更好的情绪调节和更低的机动车事故风险相关。

仍然未知的是什么

脑脊液清除的发现来自小鼠研究；URMC的说明指出，该机制被认为是睡眠在人类中的部分恢复功能的合理解释，确认其在人类神经退行性疾病中的确切作用仍然是一个活跃的研究领域。类似地，包括NICHD在内的机构将记忆巩固和组织修复描述为特定睡眠阶段的既定关联，而不是睡眠作为整体的单一证明的"目的"。