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・睡眠是維持生存的必要生理狀態。然而，臺灣慢性失眠症的盛行率卻高達10.7％。
・目前已有多個理論說明睡眠的功能和重要性，例如幫助大腦皮質的發展、強化記憶、改善免疫功能等。
・透過改變睡眠相關神經傳遞物質的濃度，能調控我們進入睡眠各階段和清醒的時間；而光線則會影響睡眠的節律。

近年來睡眠相關問題逐漸受到重視，主要的理由是深受睡眠障礙困擾的人愈來愈多。根據臺灣醫學學會在2019 年的調查，全臺灣慢性失眠症（insomnia）的盛行率約為10.7％，在美國甚至有高達一半以上的人抱怨過睡不著覺，至少有3000 萬的美國成年人受到嚴重的長期失眠所苦。另外，有超過1000 萬名美國人患有睡眠呼吸中止症（sleep apnea），遺傳性睡眠疾病猝睡症（narcolepsy）病人的盛行率則約為1/2000，甚至許多人有睡眠障礙卻不自知。其實，睡眠問題或睡眠障礙的情形通常伴隨年紀增加，並且與日夜節律紊亂、生活壓力增加有關。

（123RF）

為什麼我們需要睡覺？

睡眠是怎麼發生、又是如何調控的呢？睡眠的產生最主要由大腦－中樞神經系統控制，而周邊神經系統或周邊構造對於睡眠的影響則微乎其微。不能說沒有但相當少，主要的調控機制仍在大腦裡面。

睡眠幾乎占據我們一天1/3 以上的時間，讀者可以思考人生總共花了多少時間在睡眠上。人一天大概需要至少八小時的睡眠，假如活了60 歲，總共有20年在睡覺。試想，20年的時間可以做多少事情，為什麼我們要花這麼長的時間在一個看似沒有作用的睡眠行為上？事實上，睡眠一定有它的功能，但是為什麼需要睡眠？睡眠的功能是什麼？目前有許多研究睡眠的學者提出關於睡眠功能的假說和驗證，不過都如瞎子摸象一般。研究發現的都是睡眠的部分功能，無法完全得知睡眠真正完整的功能。

若要研究睡眠，就必須定義什麼是睡眠。睡眠的原始定義是：「一種可逆的行為狀態，在睡眠時感官脫離對於環境的刺激，且反應變得遲鈍。」這是從行為學上定義的睡眠行為。不過目前已經知道這種定義不太正確，雖然我們在睡覺時傳到中樞系統的外在感覺刺激確實減少了，但這些感覺刺激還是可以傳送到我們大腦中，只是會因為被抑制而減少。而睡眠也並不單只是一種行為，它其實是一種基本的生理需求，跟人們會口渴、飢餓一樣，屬於生物體維持生存及生命必須的生理狀態。讀者應該有這樣的經驗：當前一晚熬夜後，隔天就有很強的驅動力量驅使我們補眠，這是無法抗拒的。如果將一隻大白鼠完全的睡眠剝奪，將會造成這隻老鼠死亡，代表著睡眠是生存中一項非常重要、不可或缺的行為，也是維持生存的必要生理狀態。

（123RF）

睡著時發生了什麼事？睡眠各階段的生理狀態

睡眠主要可以分成兩種不同的類型，第一種稱作「快速動眼期睡眠」（rapid eye movement sleep,REM sleep），另一個階段則是「非快速動眼期睡眠」（non-rapid eye movement sleep, NREM sleep）。非快速動眼期睡眠由淺層睡眠到深層睡眠分別為N1、N2、N3 階段，其中深層睡眠N3 階段也被稱為慢波睡眠（slow wave sleep）。

睡眠結構主要如圖一所示，正常人從清醒階段進入睡眠，一定是進到非快速動眼期睡眠的N1 階段，不會直接進入快速動眼期睡眠，否則就是猝睡症。N1階段是在醒睡之間的階段，也就是似醒似睡之間，在這個階段最容易被喚醒。N1 階段所占比例大約只有整體睡眠的2 ～ 5％，而在失眠病患身上可以觀察到N1的比例顯著增加，代表失眠病患被喚醒的機率增加。N1 階段維持約1 ～ 5 分鐘後，接著進入N2 階段，N2 占整體睡眠的比例最多，大約是45 ～ 60％，所以此階段又被稱為基礎睡眠（baseline of sleep）。之後就進入深層睡眠的N3階段，在此階段的睡眠難以被喚醒，維持約15 ～30 分鐘後就會回復到N2 階段，接著進入快速動眼期睡眠，形成一個睡眠週期（sleep cycle）。每一個睡眠週期大約90 分鐘，整個八小時的睡眠大約會歷經4 ～ 6 個週期，前兩個週期（大約剛入眠的前三個小時）會進入到N3階段，而後面幾個週期主要是由N2以及快速動眼期睡眠構成，兩者的比例會在清晨時段增加。從睡眠中清醒則可以由N2階段或是快速動眼期睡眠醒來。

人體在各睡眠階段呈現出的生理現象皆不相同，如圖二所示，在清醒階段主要呈現非同步化的腦波（desynchronized electroencephalograms,EEGs），由高頻率、低震幅的α 波（8 ～ 13 赫茲，Hz）及β 波（13～30 Hz）主導，此時的呼吸速率、心跳、血壓等生理數值都較高，肌肉張力較大。睡眠N1的腦波是由頻率較慢一點的θ 波（4 ～ 7 Hz）及α 波組成，在這個階段的腦波頻率、呼吸速率、心跳、血壓、肌肉張力都會隨著睡眠深度的增加而逐漸減低。進入N2階段時，腦波及生理數值的變化與N1階段類似，但在N2腦波會出現13 Hz 的睡眠紡錘波（sleep spindle）及1 ～ 2 Hz 的K 複成波（K-complex），目前已知睡眠紡錘波與記憶固化（memory consolidation）及記憶活化（memory reactivation）有關。在N3的慢波睡眠中會呈現同步化的腦波（synchronized EEGs），主要是由低頻率、高震幅的δ 波（0.5 ～ 4 Hz）主導，腦波頻率、呼吸速率、心跳、血壓、肌肉張力都降到最低，但是肌肉張力仍然存在。

進入到快速動眼期睡眠階段時則是以α 波和β 波為主，此時的呼吸速率、心跳、血壓都上升，腦波會與清醒時類似，但是肌肉張力會完全消失（muscle atonia），因為腦部處於高度活化的狀態，所以這個階段又被稱作矛盾睡眠（paradoxical sleep）或活化狀態下的睡眠（active sleep）。在快速動眼期睡眠階段會產生色彩鮮明但無邏輯性、片段化的夢境，此階段也被認為與記憶固化有關。綜上所述，非快速動眼期睡眠可能與記憶固化和記憶活化有關，也與疲勞和能量的恢復有關，快速動眼期睡眠則可能與記憶固化有關。

睡眠所需的時間通常會隨著年紀增加而減少。剛出生的嬰兒大概有12 ～ 20 小時都在睡覺，唯一醒來時是喝奶。而且嬰兒在快速動眼期睡眠的比例占一半或甚至一半以上，可見快速動眼期睡眠對剛出生的嬰兒相當重要，主要的原因是這個階段嬰兒的腦部神經系統還沒有完全連結、建立，所以快速動眼期的睡眠可以幫忙腦部建立這些神經路線。第二個原因是嬰兒階段有很多事物對他們來說都是新奇的，所以他們必須要學習和記憶，而快速動眼期睡眠與學習記憶的固化有關，因此快速動眼期睡眠的比例也會跟著增加。隨著年紀的增加，睡眠的比例就會跟著下降。

睡眠為什麼重要？睡眠功能的理論

睡眠有哪些功能呢？以下為幾個主要功能的理論，各有各自的立論依據和不被接受的理由。

1. 躲避天敵理論：提出此論述的學者主要認為，在睡眠時動作的暫時停止，可以避免天敵注意，因而降低被捕捉到的機率。但反對此論述者認為已經有動物發展出「假死」的行為，因此不需要發展會降低警覺性的睡眠行為來躲避天敵追捕。

2. 修復功能理論：提出此論述的學者認為睡眠是在修復白天身體系統的耗損。但是睡眠時身體各器官、系統仍持續運作，有些部分甚至比清醒時還更活躍；另外，整體的蛋白質合成量並不會因為睡眠而增高。

3. 能量保存理論：學者認為睡眠可降低代謝率與體溫而保存能量。反對此理論的主要理由是人類睡眠時的代謝率只降低10％，卻要付出一生中1/3 的時間於睡眠。而且，睡眠所降低的10％代謝率其實可以輕易地由休息或多喝一杯牛奶而達成，無須藉由睡眠補足。

4. 發展功能理論：嬰兒需要睡眠來幫助自身的發展，快速動眼期睡眠可能有利大腦皮質、視覺、動作、神經細胞選擇等發展。另有理論認為，慢波睡眠有助於大腦皮質的發展。

5. 行為固化與高等學習功能理論：科學家認為一些平常沒有辦法演練的本能行為是在睡眠中完成演練的。法國睡眠研究專家朱維特（Michel Jouvet）破壞貓的橋腦背蓋區（dorsal pontine tegmentum），使貓在快速動眼期睡眠時應有的肌肉鬆弛特徵受到破壞。結果發現貓在快速動眼期睡眠中能夠做出一些攻擊抵抗的本能行為；這顯示貓平常在睡眠中由大腦排演本能行為，而不必實際執行。也有其他理論認為睡眠有助於適度的遺忘、記憶的強化、高等智能的運作，例如人類的認知運作、情緒調控、性格發展、社交能力的建立等。

6. 改善免疫系統的功能理論：學者認為睡眠有助於維持免疫系統的功能運作。目前已知免疫系統運作的改變會造成睡眠時間改變；睡眠時間減少則自然殺手細胞也會減少30％，僅存的白血球活動力也會變差。

7. 終極洗腦理論：深層慢波睡眠可以有效清除腦部具有細胞傷害毒性的蛋白質代謝產物。大腦中的神經膠細胞（glia）內具有一種通道叫做膠淋巴系統（glymphatic system），有類似淋巴系統的功用。運用腦脊髓液（cerebrospinal fluid, CSF）在這個系統內能將腦部產生的代謝產物帶出大腦外，特別是清除與阿茲海默症（Alzheimer's disease）成因有關的β 澱粉樣蛋白（β-amyloid），因此睡眠能有效地預防將來老年時期因β 澱粉樣蛋白堆積所導致的阿茲海默症發生機率。

身體如何控制睡眠行為？

睡眠的主要調控方式依靠兩個機制，一個稱作恆定因素（homeostatic factors），另一個稱作節律因素（circadian rhythm）。恆定因素指的是有些跟睡眠有關的神經傳遞物質，它們的濃度在清醒時較低，之後會慢慢累積這些睡眠物質，等待累積到最高時就進入睡眠階段。

目前已經知道有一些腦區，例如藍斑核（locus coeruleus）、側下視丘區域（lateral hypothalamic area）、黑質（substantial nigra）、腹側背蓋區（ventral tegmental area）、背側縫核（dorsal raphe nucleus）、基底前腦（basal forebrain）、結節乳突神經核（tuberomammillary nucleus），都與清醒的調控有關。而視前區（preoptic area）、基底前腦（basal forebrain）的神經元、視前區腹旁側區域（ventrolateral preoptic area）與非快速動眼期睡眠產生的機制有關。

至於快速動眼期睡眠的調控，則是由腳橋被蓋核區（pedunculopontine nucleus）和背外側被蓋核（laterodorsal tegmental nucleus）負責，而這兩個核區受到藍斑核和背側縫核的抑制。日夜節律週期的調控則是內源性的，與之前的睡眠量無關，由光線控制下視丘（hypothalamus）的視交叉上核（suprachiasmatic nucleus, SCN）活性，進而影響松果體（pineal gland）釋放褪黑激素（melatonin），以調控睡眠節律週期的機制。

睡眠可以改善嗎？睡眠障礙的治療

了解睡眠相關的機制後，才能進一步針對睡眠障礙擬定治療方針。在使用藥物治療睡眠障礙之前，可以先使用非藥物療法，例如改善睡眠衛生或者透過認知行為治療（cognitive behavioral therapy,CBT）。如果從睡眠衛生的習慣來改善睡眠，第一步就是維持規律的睡眠，只有在固定的時間才上床睡覺。床跟寢室只能夠用來做兩件事情，一個就是睡覺，另外一個就是性生活，這是兩個唯一在床上可以做的事情。另外，不要在白天睡覺；睡前不要喝茶葉、咖啡因等刺激性的飲料，也不要抽菸或吃太多的食物；同時避免不良的睡眠環境，通常太熱、太冷、太吵、太亮都是不良的睡眠環境。還需要避免睡覺前太劇烈的運動，睡前兩、三個小時以內不要運動。不過運動其實是一個很好促進睡眠的方法，一定要有規律的運動，但是要盡量在下午3 點以前完成，不要超過下午5 點。

另外還有一些刺激的控制睡眠方法，例如照光。照光可以誘導褪黑激素在晚上釋放，促進睡眠；在一些長期看不到陽光的地區，居民會有憂鬱症或睡眠障礙通常都是光照的問題，所以照光是一個很重要的因素。另外是睡眠限制方法，使用放鬆訓練和認知治療的方法來促進睡眠。當這些方法都沒有效果時，最後才考慮使用安眠藥。

睡眠是健康的必要條件

睡眠是必要的生理需求，並且具有特定的功能。如前所述，正常的睡眠生理功能可以幫助大腦神經網絡的連結、記憶的固化，以及清除腦中具有神經毒性的蛋白質。另外，長期的睡眠障礙可能會增加罹患癌症、神經退化性疾病（例如癲癇、帕金森氏症、阿茲海默症）、代謝性疾病（例如糖尿病、肥胖），以及發炎、感染的風險。因此，擁有正常的睡眠才是維繫健康及維持身體功能的必要條件。