睡眠对大脑的很多功能都很重要，包括神经细胞（神经元）之间的沟通方式。当人体处于睡眠时，大脑和身体会保持高度活跃，最近的研究结果表明，睡眠起着一种“家务”的作用，可以清除人体清醒时大脑中积累的毒素。
每个人都需要睡眠，但睡眠的生物学目的仍然是个谜。睡眠影响身体的几乎所有组织和系统，从大脑、心脏和肺到新陈代谢、免疫功能、情绪和抗病能力。研究表明，遗传代谢障碍疾病IEM的患者，长期缺乏睡眠或睡眠质量差等睡眠障碍，会增加患者高血压、心血管疾病、糖尿病、抑郁症和肥胖症等健康问题的风险。
关于睡眠障碍的文章可以查看此合集：遗传代谢障碍疾病与睡眠障碍
一、睡眠的解剖学
大脑内的几个结构与睡眠有关
下丘脑：
是大脑深处一个花生大小的结构，包含神经细胞群，这些细胞群是影响睡眠和觉醒的控制中心。下丘脑内有视交叉上核(SCN)，它由数千个细胞组成，直接从眼睛接收有关光照的信息并控制您的行为节律。一些SCN受损的人全天睡眠不规律，因为他们无法将睡眠/觉醒周期 (昼夜节律) 与明暗周期相匹配。大多数盲人都保留了感知光线的能力，以帮助他们调节睡眠/觉醒周期。
脑干：
由脑桥、延髓和中脑组成，控制着清醒和睡眠之间的转换。下丘脑和脑干内的促睡眠细胞会产生一种名为GABA的脑化学物质，从而降低下丘脑和脑干的活动。脑干（尤其是脑桥和延髓）在 REM 睡眠中也发挥着特殊作用。它会发出信号来放松对身体姿势和肢体运动至关重要的肌肉，这样我们就不会在梦中做出动作。
丘脑：
负责将感官信息发送到大脑皮层，并接收这些信息。大脑皮层是大脑的覆盖层，具有多种功能，包括解释和处理短期和长期记忆。在睡眠的大多数阶段，丘脑都会变得安静，让你忽略外部世界。但在快速眼动睡眠期间，丘脑会活跃起来，向大脑皮层发送图像、声音和其他感觉，让我们的梦境更加丰富。
松果体：
位于大脑两个半球内的松果体接收来自视交叉上核的信号，增加褪黑激素的产生，这有助于您在灯光熄灭后入睡。科学家认为，褪黑激素随时间变化的高峰和低谷对于使身体的昼夜节律与外部的光明和黑暗循环相匹配非常重要。
基底前脑：
位于大脑前部和底部附近，也有助于睡眠和清醒，而中脑的一部分则充当帮助我们在白天保持警觉的系统。细胞释放一种叫做腺苷的化学物质有助于让你感到困倦。咖啡因通过阻断腺苷的作用来抵消困倦。
杏仁核：
是一种杏仁状的结构，负责处理情绪，在快速眼动睡眠期间，杏仁核会变得越来越活跃。
视网膜：
含有特殊细胞，当这些细胞感知到光线时，就会向大脑发送唤醒信号。
二、睡眠阶段
睡眠有两种基本类型快速眼动 (REM) 睡眠和非快速眼动睡眠。
1、非快速眼动睡眠
科学家已确定了三个不同的阶段，每个阶段都与特定的脑电波和神经活动有关，在一个典型的夜晚，您会在非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠之间循环几次，并且在睡眠后期，REM阶段会变得越来越长、越来越深。
第一阶段：非快速眼动睡眠是从清醒状态过渡到睡眠状态。在这一相对较浅的短暂睡眠期间，您的心跳、呼吸和眼球运动会减慢，肌肉会放松，偶尔会抽搐。您的脑电波会从白天清醒模式开始减慢。此阶段通常持续几分钟。
第二阶段：非快速眼动睡眠是进入深度睡眠之前的一段浅睡眠。您的心跳和呼吸会变慢，肌肉会进一步放松。您的体温会下降，眼球运动会停止。脑电波活动会减慢，但会以短暂的电活动爆发为标志。与其他睡眠阶段相比，您在第二阶段睡眠中度过的重复睡眠周期更多。
第三阶段：非快速眼动睡眠是深度睡眠阶段，您需要在早晨感到神清气爽。它发生在前半夜，持续时间较长，睡眠期间，您的心跳和呼吸会减慢到最低水平，您的肌肉会放松，可能很难唤醒您，脑电波会变得更慢。
2、快速眼动 (REM)
REM 睡眠首先发生在入睡后约90分钟。闭上眼睑后，眼睛快速左右移动。混合频率脑波活动变得更接近清醒时的活动，呼吸变得更快、更不规律，心率和血压升高到接近清醒水平，大多数梦境发生在REM睡眠期间，但有些梦境也可能发生在非REM睡眠期间，手臂和腿部肌肉会暂时瘫痪，从而阻止您实现梦境，随着年龄的增长，您在REM睡眠中度过的时间会越来越少，记忆巩固很可能需要非REM和REM睡眠。
三、睡眠机制
1、两种内部生物机制
昼夜节律和体内平衡，共同调节您何时清醒何时睡眠， 昼夜节律影响着各种各样的功能，从清醒度的日常变化到体温、新陈代谢和激素的释放，它们会让你在晚上感到困倦，并帮助你在早上不用闹钟就能醒来，你身体的生物钟以24小时为基础，控制着大多数昼夜节律。
2、睡眠-觉醒稳态
会跟踪您的睡眠需求，稳态是指身体各系统之间的平衡，稳态睡眠驱动力会在一定时间后提醒身体入睡并调节睡眠强度，这种睡眠驱动力在您醒来的每个小时都会变得更强，并使您在没有睡眠一段时间后睡得更久、更深。
影响睡眠-觉醒需求的因素包括医疗状况、药物、压力、睡眠环境、年龄以及饮食等。也许最大的影响因素是光照，眼睛视网膜中的特殊细胞会处理光线，并告诉大脑现在是白天还是晚上，并且可以提前或推迟我们的睡眠-觉醒周期。如果您在夜间醒来，光照会使您难以入睡和重新入睡。
夜班工人入睡时经常会遇到困难，工作时也难以保持清醒，因为他们的自然昼夜节律和睡眠-觉醒周期被打乱了，时差也会干扰一个人的昼夜节律，导致他们的内部时钟与实际时钟不匹配。
3、人类需要多少睡眠
随着年龄的增长，你的睡眠需求和睡眠模式会发生变化，但同一年龄段的人之间差异很大，没有一个适合所有同龄人的神奇睡眠时间。
婴儿：最初每天睡眠时间长达16至18小时，这可能会促进生长发育（尤其是大脑）。
学龄儿童和青少年：平均每晚需要约9.5小时的睡眠
大多数成年人：每晚需要7-9小时的睡眠，老年人也是如此。然而，老年人可能更难获得充足的睡眠，也更有可能服用会影响睡眠的药物。
总体而言，由于工作时间变长以及全天候的娱乐和其他活动，人们的睡眠时间比实际需要的要少。
许多人认为他们可以在周末“弥补”缺少的睡眠，但根据他们睡眠不足的程度，周末睡得更久可能也不足以弥补他们缺少的睡眠。
4、做梦和睡眠追踪
做梦：
每个人都会做梦，你每晚会花大约两个小时做梦，但可能记不住大部分梦境，做梦的确切目的尚不清楚，但做梦可能有助于你处理情绪，白天发生的事情经常在睡眠期间侵入你的思绪，而患有压力或焦虑的人更容易做可怕的梦，在睡眠的所有阶段都可能经历梦境，但通常在快速眼动睡眠中最为生动，有些人的梦境是彩色的，而另一些人只记得黑白的梦境。
通过智能技术追踪睡眠：
数以百万计的人正在使用智能手机应用程序、床边监视器和可穿戴设备（包括手环、智能手表和头带）非正式地收集和分析有关睡眠的数据。智能技术可以记录睡眠期间的声音和动作、睡眠时间，并监测心跳和呼吸。使用应用程序，某些设备的数据可以同步到智能手机或平板电脑，或上传到计算机。其他应用程序和设备会发出白噪音、产生刺激褪黑激素分泌的光，并使用轻柔的振动来帮助我们入睡和醒来。
5、神经递质的作用
睡眠的化学信号
当我们准备睡觉时，大脑许多部位的促进睡眠的神经元簇变得更加活跃，被称为神经递质的化学物质可以“关闭”或抑制发出清醒信号的细胞的活动。
GABA与睡眠、肌肉放松和镇静有关；去甲肾上腺素和食欲素（也称为下丘脑分泌素）在我们清醒时保持大脑某些部位活跃；影响睡眠和清醒的其他神经递质包括乙酰胆碱、组胺、肾上腺素、皮质醇和血清素。
6、睡眠研究
医生可能会建议患者进行多导睡眠图（睡眠研究）或其他测试来诊断睡眠障碍，多导睡眠图通常需要在睡眠实验室或睡眠中心过夜，它会记录您整晚的呼吸、氧气水平、眼球和肢体运动、心率和脑电波，患者的睡眠也会被视频记录下来，这些数据可以帮助睡眠医生确定患者是否进入并正常度过各个睡眠阶段，结果可用于制定治疗计划或确定是否需要进一步检查。
本文参考：
National Institute of Neurological Disorders and Stroke. (n.d.). Brain basics: Understanding sleep. Retrieved June 7, 2017, from https://www.ninds.nih.gov/Disorders/Patient-Caregiver-Education/Understanding-Sleep
National Heart, Lung, and Blood Institute. (2011). In brief: Your guide to healthy sleep. Retrieved January 16, 2018, from https://www.nhlbi.nih.gov/resources/your-guide-healthy-sleep
Centers for Disease Control and Prevention. (2016). Prevalence of healthy sleep duration among adults — United States, 2014. Morbidity and Mortality Weekly Report, 65, 137–141. Retrieved March 27, 2019, from https://www.cdc.gov/mmwr/volumes/65/wr/mm6506a1.htm
Takahashi, Y., Kipnis, D. M., & Daughaday, W. H. (1968). Growth hormone secretion during sleep. Journal of Clinical Investigation, 47(9), 2079–2090.
Leproult, R., & Van Cauter, E. (2010). Role of sleep and sleep loss in hormonal release and metabolism. Endocrine Development, 17, 11–21. Retrieved June 19, 2017, from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3065172/
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