【神經科學】為什麼我們會認床呢?

■在外面過夜時,你也會認床嗎?

圖片來源:www.eattoperform.com
圖片來源:www.eattoperform.com

撰文|駱宛琳

在新地方過夜時,很多人常常第一晚睡不太好;半夢半醒的睡眠,是會認床的人才懂的苦惱。研究睡眠的科學家,也因此在設計跟睡眠有關的實驗時,常常要讓受試者先習慣實驗場所的睡眠環境。在正式實驗開始前,多加個一兩夜,讓參與實驗的受試者習慣一下,以免干擾實驗結果。

●睡覺時「睜一隻眼閉一隻眼」?
為什麼人會「認床」呢?其實在陌生環境裡半夢半醒的睡眠狀態,在鳥類與海洋哺乳動物裡是屢見不鮮。這些動物在睡覺的時候,如果周遭的環境讓牠們覺得倍感威脅,會名副其實的「睜一隻眼閉一隻眼」,只有一半的大腦在休息,另一半的大腦則保持警醒的狀態,以便對周遭環境裡的突發狀態能即時做出反應。在1999年時,印第安納州立大學的Charles Amlaner教授更發現,當鳥群一起休息時,睡在邊邊的鳥,就會自動擔負起只睡半邊大腦的「守夜」角色。Amlaner博士讓一群鴨子排排站睡覺;在隊伍前端、隱蔽性比較好的鴨子睡著時,兩隻眼睛都閉著。但睡在隊伍尾巴、最靠外邊的鴨子,不僅只有半邊大腦在休息,也都會把睜著的那隻眼睛朝向天敵可能入侵的方向。而這種「只睡一邊大腦」的狀態(Unihemispheric sleep),過往覺得是鳥類與海洋哺乳動物所特有,會跟人類認床的背後神秘機轉有所關聯嗎?

美國布朗大學的佐佐木勇香博士,自小在日本長大,對日本俗諺裡說換了枕頭就睡不好,既感同身受又想要一探背後生理潛在機制的秘密。佐佐木博士於是利用最新儀器,對受試者在陌生環境裡第一晚與第二晚的睡眠,同時進行結構性核磁共振造影掃描(Structure MRI)、腦磁圖(Magnetoencephalography;MEG),和睡眠多項生理檢查(Polysomnography;PSG),收集相關數據,尤其著重在慢波睡眠(Slow-wave sleep)的資料分析。慢波睡眠是非快速動眼期睡眠的一環,常被拿來當做深度睡眠的指標,也被發現是睡眠之所以能夠強化記憶的幕後推手。

佐佐木教授發現,受試者在新環境的第一個晚上,出現的慢波睡眠跟鳥類在不安全的環境裡的數據很類似,在左右腦出現了數據不對稱的情況。左半邊大腦「睡」得比右半邊大腦要淺許多,而且,不對稱的程度跟受試者感受到自己「認床」的程度成正比。而這種只睡半邊大腦的狀態,到第二天晚上的時候,當睡眠環境對受試者而言不再是全然陌生時,就觀察不到了。

●大腦的「預設模式網路」
佐佐木博士的研究團隊進一步發現,兩邊半腦睡眠不對稱的狀態發生在大腦「預設模式網路」底下(Default mode network;常簡寫做DMN)。大腦的預設模式網路曾被形容是大腦的暗能量。當大腦沒有在執行某一特定任務的時候,我們並不會就因此把大腦內開關關掉,而是會開啟類似自動導航模式的預設模式網路,讓大腦內各個皮質區域之間,仍然能保持交流。例如:當我們在做白日夢,人在魂不在的時候,就是大腦預設模式網路活躍的時候。而當我們在新環境裡入睡的第一晚時,大腦的預設模式網路,就呈現右半睡左半醒的不對稱狀態。

更有趣的是,只睡右半邊的大腦,也會影響受試者對外界刺激的反應強度。在第一晚時,當受試者進入慢波睡眠之後,如果研究人員在受試者的右耳製造聲響,或在左耳邊弄出聲音,超過九成的受試者都會在聲音靠近右耳的刺激下驚醒。這顯示,管左邊耳朵的右邊大腦,果真比管右邊耳朵的左邊大腦要「睡」得沉。佐佐木博士認為,「睡」得較淺的左邊大腦,或許能讓我們在陌生的環境裡,還能夠保持一定的警覺性,算是長長的演化路程在我們身上留下來的一點點印跡吧。

不過,佐佐木博士的研究團隊,只有分析睡眠週期裡第一輪迴的睡眠腦波形態。這種新環境裡只睡右半邊大腦的狀態,是只專屬於第一回合的睡眠週期嗎?下一個睡眠週期,會不會換成左半邊大腦睡得比較沉呢?她們的研究團隊對這一連串的問題,可是躍躍欲試呢!就讓我們期待佐佐木博士的下一篇研究吧!

 

原始論文:
Tamaki M, Bang JW, Watanabe T, Sasaki Y. Night Watch in One Brain Hemisphere during Sleep Associated with the First-Night Effect in Humans. Curr Biol. 2016 Apr 20. pii: S0960-9822(16)30174-9. doi: 10.1016/j.cub.2016.02.063

參考資料:

  1. Rattenborg, N.C., Lima, S.L., and Amlaner, C.J. (1999). Half-awake to the risk of predation. Nature 397, 397-398 (4 February 1999) | doi:10.1038/17037.
  2. Roth, T., Stubbs, C., and Walsh, J.K. (2005). Ramelteon (TAK-375), a selective MT1/MT2-receptor agonist, reduces latency to persistent sleep in a model of transient insomnia related to a novel sleep environment. Sleep 28, 303–307.
  3. Agnew, H.W., Jr., Webb, W.B., and Williams, R.L. (1966). The first night effect: an EEG study of sleep. Psychophysiology 2, 263–266.
  4. Tamaki, M., Nittono, H., Hayashi, M., and Hori, T. (2005). Examination of the first-night effect during the sleep-onset period. Sleep 28, 195–202.
  5. Tamaki, M., Nittono, H., and Hori, T. (2005). The first-night effect occurs at the sleep-onset period regardless of the temporal anxiety level in healthy students. Sleep Biol. Rhythms 3, 92–94.

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作者:駱宛琳 美國聖路易華盛頓大學(Washington University in St. Louis)免疫學博士,從事T細胞發育與活化相關的訊息傳導研究。

 

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