Science最新研究:午睡可重启大脑,攻打山西最佳时间是中午?

爱看科普 2024-12-21 18:49:05

你的朋友里有没有山西人呢,在山西,午睡不仅仅是一种习惯,更是一种文化。无论是上班族还是学生,午休时间都是雷打不动的。公司普遍有午休文化,甚至有些公司还会专门配备午休房。

近日,顶刊Science发表的最新研究给出了答案。研究人员通过在猕猴大脑中进行多电极记录实验,观察视觉皮层和背外侧前额皮层在睡眠前后的神经活动变化。仅30分钟的短时间睡眠就能使大脑皮层的神经活动去同步化,提升了信息编码能力,从而改善了认知表现。并且, 这一过程可以通过低频电刺激模拟,其原理是睡眠促使大脑局部突触连接重新调整,形成非对称性抑制机制,从而帮助大脑“重启”,优化信息处理。

Science午睡研究:来自猕猴的真相

其实关于午睡既往研究不少,但局限性比较明显,之前的人类研究靠脑电图和功能磁共振成像观察大脑活动,分辨率不够高,看不清单个神经元或神经网络层面细微变化。而且针对小型哺乳动物研究大多停留在睡眠后记忆再激活层面,很少探究睡眠对行为表现的直接影响。

本次则是通过在猕猴大脑中装多电极记录设备,追踪视觉皮层、背外侧前额皮层中 4422 个神经元活动,观察其在睡眠前、中、后动态变化,重点探究短时睡眠(30 分钟)对大脑信息处理和编码能力的影响。

实验设置睡觉组和不睡觉组,前者是猕猴先完成视觉定向任务,再睡 30 分钟,然后再次测试任务表现。不睡觉组的猕猴先完成任务,然后在暗室里静坐 30 分钟,再测一次表现。

监测手段上采样用多导睡眠图(PSG)监测睡眠特征(脑电图 EEG、眼动图 EOG、肌电图 EMG)确保猕猴达到非快速眼动睡眠(NREM)1 和 2 期,还通过深度神经网络分析猕猴面部视频(闭眼、下颌放松等特征)区分 “睡眠” 和 “清醒” 状态。

实验结果显示在任务表现方面,睡过觉的猕猴任务完成表现更好,总体表现提高,辨别小角度旋转(5° 到 20°)图片时,睡眠后的表现优于睡眠前,未睡觉的对照组无类似改善,表明睡眠对感知任务优化作用体现在复杂或具挑战性情境中。

猕猴睡眠期间大脑 “慢波活动”(δ 波)越活跃,醒来后任务表现越好(相关系数高达 0.72,P =0.0009),提示其在记忆巩固和感知能力提升中起关键作用。且睡眠前后猕猴的瞳孔大小、伽马波功率等反映清醒程度和注意力的指标未变,说明是睡眠让大脑 “后台升级” 导致任务表现变好。

大脑活动模式方面,清醒时大脑以处理信息为主,伽马波(30 - 80Hz)功率显著提升,δ 波(0.5 - 4Hz)功率较低。

睡眠还降低大脑不同区域之间的 PSI 相关性(P <0.01),全局去同步化让大脑在任务中更具灵活性,同时局部区域完成高效 “同步”(如记忆巩固),最终睡眠提升了对任务刺激的解码能力(P <0.001),且在不同脑区效果一致(P = 0.31)。

低频电刺激模拟睡眠实验

为了更好地理解睡眠对大脑的影响,我们可以把大脑比作一台复杂的机器,它需要定期的“重启”来提高工作效率。

研究发现, 睡眠中的低频同步活动,尤其是δ波(大约4Hz),在大脑的自我调整和优化中扮演了重要角色。 这个过程不仅帮助神经元重新同步,提高信息处理效率,还能让大脑更加灵活地应对后续的任务表现。这就像是给大脑做了一次深度“系统升级”,让它在“修复模式”下整理和巩固信息,为更高效的工作做准备。

研究人员不仅仅停留在睡眠的作用上,他们还大胆地提出了一个假设: 如果在猕猴清醒时,通过低频电刺激模拟睡眠中的δ波同步活动,是否也能达到类似的效果?

在猕猴清醒时用 4Hz 的低频电刺激模拟睡眠中的 δ 波同步活动,持续 20 - 30 分钟后对比任务表现,发现低频电刺激能模拟睡眠效果,使猕猴在清醒时表现出更高感知能力和灵活性,排除睡眠干扰验证了其在清醒状态下的作用。

通过建立视觉皮层的神经网络模型(包含 1008 个兴奋性神经元和 252 个抑制性神经元)模拟发现,当局部皮层的抑制性突触 “减弱”(抑制性突触减少幅度大于兴奋性突触)时,大脑表现出任务后神经元放电频率增加、神经元之间同步性下降等特征,利于大脑活动变得更灵活、高效,可能是睡眠后大脑 “调整” 提高工作效率的关键因素。

结论是NREM 睡眠通过去同步化皮层电路改善行为表现,睡眠期间皮层区域间同步波动增加,睡眠后皮层活动更去同步化,这与各区域信息编码增加及行为表现改善密切相关;4Hz 低频电刺激可模拟睡眠对神经网络和知觉表现的有益效果,局部皮层突触的不对称性抑制与睡眠后神经活动变化高度一致。

(这个附加实验,大家偷偷看就可以了,千万不要发给老板,老板看见了说既然低频电刺激可模拟睡眠,那你们别午睡了,我给你们都电一下子效果也一样。)

攻打山西最佳时机果然是中午?

在我们身边有雷打不动爱午睡的山西人是很常见的现象,山西人从小就养成了午睡习惯可能和气候因素与饮食因素都有关。

山西地处中国北方,昼夜温差较大,中午时分阳光强烈,气温较高,人体在经过上午的活动后,容易感到疲倦,此时午睡可以让身体得到充分休息,恢复精力,以更好地适应下午的活动。

冬季的山西较为寒冷,人们需要消耗更多的能量来维持体温,而中午适当午睡可以帮助恢复体力,缓解因寒冷天气带来的身体不适,同时也能让身体在下午保持温暖。

山西的饮食以面食等碳水化合物为主,如刀削面、拉面、馒头等,早餐中的方便面加肉丸子和鸡蛋也含有较高的碳水化合物。碳水化合物进入人体后,会迅速转化为葡萄糖,导致血糖升高,使人产生困倦感,从而促使人们午睡来缓解这种不适。

另外,山西的饮食以面食等碳水化合物为主,如刀削面、拉面、馒头等,早餐中的方便面加肉丸子和鸡蛋也含有较高的碳水化合物。碳水化合物进入人体后,会迅速转化为葡萄糖,导致血糖升高,使人产生困倦感,从而促使人们午睡来缓解这种不适。

山西人注重生活品质和身心健康,他们认为午睡是一种放松身心、缓解压力的有效方式。通过午睡,可以让身体和大脑得到充分休息,提高免疫力,延缓衰老,更好地享受生活。

生活节奏相对较慢,人们更愿意在忙碌的上午之后,利用中午的时间休息调整,以保持一种从容不迫的生活状态,午睡也成为了这种传统生活节奏的重要组成部分。

山西人对午休的重视程度,几乎达到了“神圣不可侵犯”的地步。中午这个时间段,是万万不可找人做事或者打电话的。甚至有些地方的饭店和商场,中午也会闭门谢客,只为让员工和顾客都能享受一个安静的午休时间。对此大家纷纷调侃道:果然攻打山西,还得趁大家都午睡了的时候。

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