人類為何要睡眠以及夜間大腦和身體內發生什麼

科學家們仍在爭論人類睡眠大約三分之一生命的單一進化原因，但數十年的研究已詳細繪製出睡眠時大腦和身體實際上做什麼。兩個過程佔主導地位：大腦循環經歷不同的電氣階段，整個夜間它進行維護工作，這些工作在清醒時難以進行。

夜晚由重複的90分鐘週期組成

根據美國國家兒童健康和人類發展研究所（NICHD）的說法，睡眠在非快速眼動（NREM）睡眠和快速眼動（REM）睡眠之間交替進行。NREM本身有三個階段：第一階段是進入睡眠的簡短過渡；第二階段帶來較慢的腦波和體溫下降；第三階段是深度睡眠，以最慢的心率和呼吸以及生長激素的釋放來修復組織為標誌。

快速眼動睡眠在入睡後約90分鐘開始。眼睛快速移動，呼吸變得快速且不規則，大多數肌肉暫時癱瘓，大腦變得高度活躍，NICHD將這種狀態與學習和記憶鞏固聯繫起來。根據非營利健康信息組織睡眠基金會的說法，完整的NREM-REM週期持續約90分鐘，並在整晚重複數次。深度睡眠在早期週期中佔主導地位；隨著夜晚的進行，深度睡眠縮短而REM期延長，因此在最後的週期中，根據NICHD的說法，睡眠者幾乎所有時間都在第二階段和REM中度過。

睡眠基金會報告稱，在整個夜晚，NREM睡眠佔總睡眠時間的75%至80%，僅第二階段就佔大約一半。REM睡眠佔剩餘部分。

大腦略微收縮以清潔自身

最清晰的功能發現之一來自神經科學家Maiken Nedergaard在羅徹斯特大學領導的一項2013年《科學》期刊研究。根據羅徹斯特大學醫學中心（URMC）對這項工作的描述，研究人員識別了他們命名為膠淋巴系統的東西，這是一個利用流經血管周圍通道的腦脊液清除腦組織代謝廢物的網絡。

URMC報告稱，該團隊發現睡眠期間腦細胞收縮約60%，在細胞之間開放更多空間供液體流動，該系統在睡眠期間的活躍度幾乎是清醒時的十倍。在同一項研究中，睡眠中的大腦清除了更多淀粉樣蛋白-β（與阿爾茨海默病相關的蛋白質），比清醒的大腦更多。根據同一描述，神經遞質去甲腎上腺素似乎有助於觸發細胞大小的變化，儘管研究人員指出完整的調節過程仍在進行中。

兩個獨立的時鐘決定你何時感到困倦

根據BrainFacts.org（一個來自神經科學學會等組織的公開教育資源）的說法，睡眠時間由兩個相互作用的系統控制。首先是由下丘腦中的視交叉上核（SCN）這一神經細胞簇運行的晝夜節律時鐘。SCN的細胞攜帶大約每24小時循環一次的「時鐘蛋白」，並直接從視網膜接收光信號，這就是為什麼時鐘可以通過暴露在日光或跨越時區來重置。

第二個系統是稱為穩態睡眠壓力的系統，由腺苷驅動，腺苷是一種在人保持清醒時間越長而在大腦中積累的化學物質。當腺苷與喚醒相關腦細胞上的受體結合時，它會抑制它們的活動並增加困倦感；睡眠會清除這種積累。根據BrainFacts.org的說法，咖啡因通過阻斷相同的腺苷受體起作用，這就是為什麼它延遲了嗜睡的感覺而不消除潛在的睡眠債務。

推薦多少睡眠，沒有睡眠會發生什麼

美國疾病控制與預防中心（CDC）發布了基於年齡的睡眠時間指導，如下所示。

CDC指出，持續睡眠時間少於推薦量與2型糖尿病、心臟病、高血壓和中風的風險增加有關，而充足的睡眠與疾病減少、心情調節更好和機動車碰撞風險降低有關。

還不知道的是什麼

膠淋巴清除的發現來自小鼠研究；URMC的描述指出，該機制被認為是睡眠對人類修復功能的一部分的合理解釋，確認其在人類神經退行性疾病中的確切作用仍然是一個活躍的研究領域。同樣，包括NICHD在內的機構將記憶鞏固和組織修復描述為特定睡眠階段的確立關聯，而不是睡眠整體的單一證明的「目的」。