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人为什么要睡觉(人几天不睡觉会死)( 四 )


有了这两个见解，我们做了一个粗略的计算，看看修复和重组是否对大脑中的代谢过程有反应(大脑比全身扩张得更慢)，这可以解释睡眠时间如何变化的长期谜题——为什么大动物比小动物需要更少的睡眠，为什么成年人比婴儿需要更少的睡眠 。我们很高兴看到结果在正确的范围内 。那时，我们开始认真对待这些想法，以推导出严格的、定量的和预测性的睡眠理论 。
由于我们过去的研究，我们可以很好地建立方程来表达睡眠期间新陈代谢在修复和重组中的作用 。过去在研究衰老长寿理论时，我们计算的是新陈代谢造成的损伤程度的估计值 。我们关于睡眠的新理论是这样的产物:我们醒着时遭受的任何伤害都必须由睡眠中修复这种伤害所需的能量来平衡 。我们通过观察大脑和身体，将这种见解放入上下文中，以便找出哪些比例关系揭示了哪些比例关系在睡眠中起主导作用 。
这使我们能够推导出睡眠时间和清醒时间之间的基本关系 。由此，通过简单的代数运算发现，表达和检验新理论的最佳方式是总睡眠时间与总清醒时间之比如何随大脑(或身体)的大小而变化 。这代表了一个显著的偏差，因为以前的研究只是绝对的，而不是相对的睡眠时间或清醒时间 。此外，我们的方程还要求在测试我们的理论时，绘制数据的适当空区间是对数空-从1到10的步长与从10到100或100到1000的距离相同的区间 。这些简单的数学运算和转换-时间比，
为了测试我们的理论，我们首先分析了成年哺乳动物睡眠时间的最大可用数据集，从老鼠到大象 。当根据我们的理论绘制这些数据时，我们很高兴地发现它们是有比例的，正如我们在睡眠主要用于修复大脑时所预测的那样 。这不仅适用于总睡眠时间 。跨物种，我们还可以预测快速眼动睡眠的比例和睡眠周期时间的比例——快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠之间的周期 。这非常令人满意，并使我们相信我们已经找到了正确的机制和正确的理论来解释我们为什么需要睡觉 。事实上，我们已经推导出了一个关于成年动物睡眠时间的数学公式 。
作为进一步的测试，我们后来想知道这个理论是否也适用于个人成长过程中睡眠的变化 。我们都知道新生儿和儿童的睡眠时间比成年人长得多，但这是否反映了我们在不同物种中看到的变化速度和幅度？成长过程中睡眠时间的减少是否反映了体型越大的哺乳动物睡眠时间的减少？在该理论提出后，随着对理解睡眠的兴趣获得了更广泛的科学和流行的吸引力，出现了关于人类从出生到成年的总睡眠时间、REM睡眠时间、大脑大小和其他特征的新数据 。
睡眠的目的从儿童时期的神经重组，变成了成年后的修复 。
我们的合作者怀着巨大的期望得出了新的数据——并且失望地发现，儿童睡眠时间的比例与我们在不同物种中发现的结果大相径庭 。显然，我们的理论在应用于成长中的孩子时是不正确的 。当我们进一步观察到随着我们的成长，REM睡眠发生了深刻的变化，我们的困惑也就越来越大 。这与不同物种之间快速眼动睡眠时间几乎没有变化的方式形成了鲜明对比 。最后，我们发现大脑代谢率与突触形成率(神经元之间的连接)之比与我们预期的完全不同 。
这些发现增强了我们对奇怪的、生物学上不寻常的睡眠过程的兴趣 。但是，他们也明确并且基本上“证明”了，我们在成长过程中需要睡眠的原因似乎与我们成年后需要睡眠的原因有着本质的不同，为什么睡眠会因物种而异 。因此，在与睡眠和统计专家、Alex Herman和Gina Poe的合作下，我们回到了这一理论的另一个版本，其基础是睡眠主要用于神经重组以应对日本人 。从这个角度来说，睡眠还是和大脑及其代谢活动有关——就像成年动物的修复理论一样 。儿童早年的巨大差异在于，与成人大脑中的过程相比，我们早年的过程是非常不寻常的 。特别是突触形成和大脑代谢率在这些早期阶段以惊人的速度增长:大脑体积翻倍导致突触密度和大脑代谢率增加近4倍 。
基于这些见解，我们扩展了我们的理论，使睡眠在生命早期的主要功能是神经重组，而不仅仅是修复 。看，我们可以预测观察到的总睡眠时间和快速眼动睡眠时间在早期发育过程中如何随着大脑大小和代谢率而变化 。
将我们跨物种的发现与跨生长的发现进行比较，就引出了最后一个问题 。如果睡眠的目的从儿童期的神经重组转变为成年期的修复，那么这种转变是在什么时候、如何突然发生的？利用我们的新理论和人类发展数据，我们可以以惊人的准确性回答这个问题:这种转变发生在我们很小的时候——大约2.5岁——而且发生在意料之外，就像水在0℃结冰一样 。


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