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人为什么要睡觉(人几天不睡觉会死)( 三 )


就你的大脑而言，你生活的大部分都是“你” 。但这只有在大脑的细胞损伤被忠实修复以保持其长期完整性和特征的情况下才能得到保证 。如果没有，“你”就会开始转化成某个人或某样东西——事实上，如果你睡眠严重不足，你很快就会变成这样 。相比之下，认真修复我们的其他器官组织就没那么重要了 。事实上，正是Manacéine等人在最初的研究中出现的脑损伤和出血，让我们第一次提出睡眠主要是为了大脑 。进一步的支持来自于大脑吸收了我们整个身体使用的所有能量的20%以上，哪怕只占2% 。占其质量的百分之几？大脑需要的不仅仅是它的份额，因为它需要处理感官信息和操作我们的身体，以及在我们睡觉时修复和重组这些神经网络 。
忠实修复和神经重组的需要为睡眠定量理论的发展提供了强有力的起点，因为它们与代谢率有关 。人们对睡眠越来越感兴趣，并认识到睡眠在健康中的核心作用，这激发了许多研究，这些研究阐明了我们如何以及为什么会入睡 。然而，看起来慢得多的是一个全面的理论框架——一个既可量化又可预测的框架，以理解我们为什么需要睡觉 。是什么设定了睡眠时间尺度来解释为什么人类需要八个小时，而大象只需要三个小时？修复和神经重组的相对作用是什么？当我们从婴儿成长为成人时，这些会有怎样的变化？我们需要一个框架来开始解开这些谜团 。
新陈代谢是由通过心血管系统从肺部输送到细胞的氧气驱动的 。在所有动物中，从老鼠到大象，在从婴儿到成年的整个发育过程中，心血管系统都有一些共同的特征，可以在一个通用的框架下进行描述和理解 。这些特征是由于基本的生物特征——例如最大限度地降低泵血的能力，需要一个横跨全身并养活所有细胞的分支网络，以及大小和结构相似的毛细血管，红细胞通过这些毛细血管向细胞输送氧气 。简而言之，这些特征共同创造了所有生物学中最常见的模式之一，这被称为生物学或异速生长 。
大动物比小动物需要的睡眠少，成年人比婴儿需要的睡眠少 。简而言之，这意味着几乎所有的生理速率和时间——从寿命到人口增长到细胞更替再到怀孕——都以系统的预测方式随体重变化，这在数学上被称为“四分之一幂标度” 。例如，一头大象比一只松鼠重一万倍 。因此，由于这些比例定律，它的寿命大约长10倍，生长速度大约慢10倍，细胞更换频率大约是松鼠的1/10，分娩前怀孕的时间大约长10倍 。鲸鱼，长颈鹿，人类和猫可能看起来完全不同，生活在完全不同的环境中，但由于自然选择和共享祖先的持续过程，我们都遵循相同的基本规则，限制和权衡我们的大小 。
虽然这些比例关系无处不在，但睡眠是一个显著的例外——事实上，正是这一点让我们对睡眠的功能有了新的认识，我们需要用一种全新的方式来分析数据 。具体来说，虽然总的睡眠时间会随着不同动物的体型或随着婴儿的成长而变化，但并不遵循上述规律:睡眠时间不会随着体型的增大而增大，而是减小！比如标度律的幼稚推断，会让我们期待大象的睡眠时间是松鼠的10倍 。但大象不仅比松鼠睡得少得多，差别大概是四到五倍，而不是十倍 。同样，幼儿比新生儿睡得少，而不是更多 。
这个极其令人困惑的结果以不同的速度运行，与我们和其他人研究了几十年的所有生物时间相反 。经过反复探索，我们提出了两个范式转换假说，可以解释这种困境 。
首先，如果我们记住了睡眠和新陈代谢的关系，那么大小和睡眠时间关系的倒置就说得通了 。睡眠可以抵消能量产生造成的损害，睡眠也是反应性的，由编码从环境处理的信息所需的神经重组刺激 。此外，修复的抵消功和重组的反应功都以新陈代谢决定的速率发生 。虽然整个身体的代谢率随着动物的大小而增加——无论是观察不同大小的物种，还是随着我们长大而增加的大小——但根据异速生长比率，它会导致每克组织的代谢率降低，以及体型 。所以，动物越大，对固定体积的组织或细胞造成的伤害就越小 。因此，完成修复需要更少的能量和更少的睡眠时间 。
其次，如果代谢率不是由全身设定的，而是由身体的某个部位相对于身体大小来设定的 。让我们回到大脑:与大多数其他器官和组织(如心脏)不同，长期以来人们观察到，大脑的大小随着不同物种的大小和婴儿的生长而非线性变化 。这意味着，例如，大象的大脑仅比松鼠的大脑大1000倍，而不是从其他器官和组织(如心脏)观察到的体重的线性比例所预期的3万倍 。


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