睡觉可是终身大事，睡眠时长约占我们人生的1/3，它作为人类最重要的生命活动之一，在认知、免疫和身体健康各方面都有着关键作用。
但是你有没有想过，我们早上是怎么醒来的？
今天就带大家了解一下从睡眠中醒来的神经机制。
睡觉（图片来源：veer图库）
看似睡了一觉，其实大脑很忙
如果要为睡眠要下一个定义的话，可以将其定义为一种自然的、反复出现的生理状态，它表现为每天一定时间内各种有意识主动行为的消失，也是一种对外界环境刺激的反应减弱的状态。
根据睡眠的特点，我们可以将睡眠分两种类型：快速眼动睡眠（REM）和非快速眼动睡眠（NREM）。
非快速眼动睡眠可以被进一步分为N1、N2和N3阶段，其中，N1阶段被认为是清醒和睡眠之间的过渡阶段。N2阶段是轻度睡眠，贯穿整个睡眠期。在这一阶段，人体会有肌肉松弛、心率减慢和体温下降等变化。而N3阶段就是深度睡眠阶段，也可以称为δ波或慢波睡眠，这主要发生在晚上睡眠时间中的前三分之一内。此时大脑处于无意识状态，倘若我们在深度睡眠阶段被吵醒，我们很可能会在几分钟内神志不清，甚至搞不清楚状况。
随着年龄增长，非快速眼动睡眠的比例会逐渐减少，这就是为什么老年人的睡眠时间通常更短，而且有时候半夜醒来后就变得清醒，再难入睡。
在每次非快速眼动睡眠的N1—N3阶段结束后，随之而来的是一次快速眼动睡眠。
快速眼动睡眠状态主要由交感神经驱动，包括快速眼动、呼吸变异性和肌肉抽搐等生理特征，这也是我们做梦发生的睡眠区间。由于一整晚的睡眠中会包含多个快速眼动睡眠区间，所以我们会做多个梦。
在快速眼动睡眠期间，由于我们的睡眠比较浅，所以容易被周围的声音吵醒。而婴儿的快速眼动睡眠区间占比较高，因此小宝宝睡觉需要更安静的环境，成人的快速眼动睡眠区间占比则相对较少，因此对环境的要求会相对低一些。
在8小时的睡眠中，大脑进入和退出快速眼动睡眠期大约为4到5次。我们一定要经过浅度睡眠才能进入深度睡眠，有时睡了很久还睡不醒的原因就在于，我们一直在浅度睡眠状态下徘徊，而深度睡眠才是恢复体力、精力和巩固记忆力的关键阶段。
睡眠的多种状态（图片来源：参考文献[15]）
我们是怎么醒来的？
每个需要上学或上班的早上，温暖舒适的被窝就是我们起床的枷锁。
自然醒是最幸福的，但一般叫醒大家的都是刺耳的闹钟。
这种刺激被称为外界强烈的信息输入，人在睡眠时对外界的感知会降低，比如睡着时无法听见周围人的悄悄话，但强烈的外界刺激依然能在各个睡眠阶段中唤醒我们。
除了强烈刺激外，自然醒也是从睡眠中觉醒的另一种情况。
我们为什么会自然醒呢？自然醒的原因可以归结为两点：其一是生物钟的作用，其二是心中有“执念”，当我们睡觉前一直在想某件事情，比如周末早上要去一个你一直很想去的地方或见一个很想见的人（当然“执念”过度强烈可能会失眠）。
前者可能是由于大脑中负责生物节律的脑区（如下丘脑视交叉上核），在早上时激活大脑中的促觉醒环路，进而促使我们自然醒来；后者则是由于一些负责更高级功能的脑区开始工作，进而促进觉醒。
二者最后都会落脚到觉醒环路，那么觉醒的底层环路机制到底是什么呢？
觉醒环路起源于中脑室旁区域（paramedian region of the midbrain），随后分支成两个平行的环路：背侧通路—投射到丘脑（thalamus），以及腹侧通路—支配着下丘脑（hypothalamus）、基底前脑（basal forebrain）和皮层（cortex）。
背侧通路能够使丘脑处理与感觉、运动反应和认知相关的信号,丘脑损伤的患者会处于清醒但无意识的植物人状态。
相比之下，腹侧通路损伤的患者往往难以保持清醒，睡眠时间超过普通人的时间。在丘脑旁正中区损伤的患者中也有总睡眠增加的报道。
正常的觉醒需要背侧通路和腹侧通路共同作用，意识内容的产生需要依靠背侧通路激活丘脑皮层产生的信号，而腹侧通路对于觉醒的行为状态是必不可少的，腹侧通路损伤可能无法觉醒。
因此在大早上被闹钟叫醒后，大伙一段期间内大脑一片空白，对很多事物不敏感，处于短暂的“宕机状态”可能就是背侧通路没被完全激活的表现。
促觉醒环路（图片来源：参考文献[15]）
除了上述两条平行的环路会促进觉醒且在觉醒过程中扮演着不同的作用外，神经调质也在觉醒中扮演着重要的角色。如单胺能神经元释放的去甲肾上腺素（NE），以及多巴胺（DA）等，都是促觉醒环路的重要组成部分。
如何睡个好觉？
1.睡前可以适当摄入一定蛋白质，比如一杯热牛奶助眠的生活常识想必大家都听过，其背后的助眠机制是高蛋白的饮食会促进肠道细胞分泌一种叫作CCHa1的神经肽，该神经肽进入大脑激活多巴胺能神经元，促进其释放多巴胺，抑制睡眠觉醒，进而提高睡眠质量。
因此不仅睡前一杯热牛奶助眠，饮食中适当提高蛋白质的含量也会睡更香，但要避免过于油腻或难消化的食物，起夜次数较多的朋友记得在睡前尽量少喝水哦。
高蛋白饮食促进睡眠（图片来源：参考文献[16]）
2.可以在临睡前半个小时内洗个时长小于20分钟的热水澡，帮助我们放松肌肉，提高身体的温度。洗完澡后体温下降，大脑褪黑素分泌量增加，就会感到疲倦，更有利于入睡。
3.固定起床和上床时间来固定稳定的睡眠周期，没入睡也不用焦虑，放松心情，太过关注睡眠本身而感到紧张效果会适得其反，更不利于你睡觉。
4.睡觉前关窗帘，起床时打开，控制卧室的光线强度有利于稳定视交叉上核和松果体的节律信号，卧室温度保持适宜且尽量减少声音干扰。
另外，周末不要睡懒觉哦！
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出品：科普中国
作者：钱昱（中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心）
监制：中国科普博览