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1701063016 这是一个完整的故事,只有结局尚未了结:我们仍然未能解释当人们自发保持同步的时候会发生什么,就像西弗尔在“午夜山洞”那样。当这种情况发生时,睡眠时间似乎完全不再听从起搏器的指挥。真的是这样吗?是否还有另一个秘密隐藏在数据中?昼夜节律密码中是否还有遗失的线索?这是我梦寐以求想要解决的博士课题。
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1701063020 1982年秋,我作为一名新入学的研究生来到了哈佛大学应用数学系。与波士顿市内的一条河相隔,查尔斯·切斯勒刚刚被聘为哈佛大学医学院和布莱根妇女医院的助理教授。同年夏天,我与阿瑟·温弗里一同工作的时候就听说了切斯勒。温弗里是一名研究昼夜节律的前沿工作者,他特别赞赏切斯勒关于睡眠时间规律的新发现,并在发表于世界顶级科学杂志《自然》的一篇评论文章中提到了它。我至今仍记得那个发现给我带来的震撼。不可思议的是,尽管人类的心理和意志变幻莫测,但是醒睡周期却遵循着一个简单而又通用的模式。体内的非同步可能从表面看来毫无规则,但从更深的层次看却有着精妙的结构。或许有许多类似的规律都在等待着我们的发现,前景令人振奋。
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1701063022 我感觉自己是在恰当的时间出现在了恰当的地点。除了最近新加入的切斯勒,教员还包括开发了领先的人体昼夜节律数学模型的机械工程师理查德·克罗瑙尔;对松鼠猴的昼夜节律有特殊研究的生理学家马丁·摩尔艾德(Martin Moore-Ede);对生物钟的分子机制进行了35年研究的细胞生物学家伍迪·黑斯廷斯(Woody Hastings)。他们彼此之间都很友好,在医学院共同讲授一门课程,上课时,他们的研究生和博士后都会参加,都渴望获得研究机会。
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1701063024 我在开课的第一天就遇到了切斯勒。他30岁出头,高个子,留着克拉克·盖博(Clark Gable,美国电影男演员)式的胡须,看上去像一名“影星”(数年后,我母亲在电视上看到他接受采访时如此说道)。更重要的是,他在完成了辉煌的博士学业后,似乎注定要成为学术明星。布莱根妇女医院将旧波士顿产科医院的整个一层给他做实验室。当他带我去参观的时候,迎接我们的是电钻的声音。建筑工人正忙着把此处装修成时间隔离设施,就像韦茨曼在蒙蒂菲奥里医院所做的那样。
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1701063026 这至少要花费一年的时间,随后切斯勒才能开始新的研究。但在此期间,对于现有数据也存在很多令人费解的谜团。特别是,温弗里一直对一个基本的不对称现象喋喋不休:睡眠持续时间可以预测,但清醒时间却无法预测。即使在事后看来,也没有人可以找到一种方法来预测一名非同步的受试者持续保持清醒的时间。这意味着醒睡周期还有一半仍然是个谜。
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1701063028 为了开始研究清醒时间的规律,我收集了自己所能找到的所有数据。切斯勒慷慨地分享了他在蒙蒂菲奥里的记录,外加法国的研究团队送给他的一些数据。温弗里也把曾经见过的一些数据传给了我。但大多数数据是我在翻阅科学文献,寻找内部非同步的公开实例时找到的。收集所有这些信息花了一年左右的时间。那个时代没有数字化仪器和带放大功能的复印机,所以这个过程单调而沉闷。如果找到一篇包含栅格图的期刊文献,我要先请摄影师对它进行拍照,将其放大,这样,我便可以用尺子和放大镜准确地测量所有睡眠和清醒状态的持续时间。
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1701063030 最终,我建成了一个关于非同步的醒睡周期的庞大数据库,开始着手寻找其中的模式。我试着描绘了清醒时间相对于先前所有看似可能的变量的图表:先前的睡眠时长,以及醒来那一刻的体温周期的相位。不过,这些图表没有显示任何结果。后来,我寻找了清醒时间和两个先前的变量之间的关系,但仍然一无所获。如果清醒持续时间的规律是存在的,那么可以说,直至今天它仍然难以捉摸。
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1701063034 在这些徒劳的追逐期间,我不断地和我的新导师理查德·克罗瑙尔会面,他满头银发,是一位有着强烈的自信和乐观主义的科学家,他总是会为我腾出时间。他同样喜爱钻研数据,这是我们二人的共同爱好。他也有一个自己喜爱的关于人类昼夜节律运行的模型。在我看来这个模型并不是很有趣,尤其是当我用自己搜集的数据和他的模型之间的差异激怒他的时候。每每这个时候他便会提高声调,与我争执得面红耳赤。我们二人都很倔强。
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1701063036 克罗瑙尔最喜爱的观点之一是:昼夜节律周期中有两个特殊的时间点,在这个时间点上,人们很难入睡,他将之称为“禁区”。他拿出尺子,在栅格图上画了一些平行线,说:“看,受试者从不会在这两个时段内入睡。”我对此深表怀疑——如果你相信了它们果真如此,就很容易找到这样的模式。尽管克罗瑙尔已经意识到了人类自我欺骗的倾向,但他坚持认为,这个区域位于特殊的固定位置,每名受试者都是如此。
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1701063038 无须争吵。我的数据库就可以解决这个问题。如果禁区真的存在,那么在体内非同步期间的就寝时间分布图中,它们就会显示为两个低谷。相反,如果受试者在昼夜体温周期中的任何位置入睡的概率都相等,那么分布图应该是平缓的。
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1701063040 克罗瑙尔是正确的。当我绘制了睡眠起始时间的频率相对于昼夜节律相位的变化图时,两个明显的低谷出现了,各有约2~3个小时宽,中心位置分别位于最低体温时刻的5小时后和8小时前(见图3-4)。
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1701063045 图3-4 入睡可能性及体温变化关系
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1701063047 虽然不是严格的禁区,但是在这两个区域内入睡的概率显著降低。相应的时钟时间可以用前文提到的换算公式进行估算:最低体温大约出现于惯常睡醒时间前的1~2个小时。所以,对于每晚11点入睡,早7点起床的人来讲,数据预示着“早禁区”位于上午10~11点之间,“晚禁区”在晚上9~10点之间,即睡觉前的1~2个小时。
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1701063049 分布图中还有两个峰值,代表周期中最易入睡的时间,从这个意义上讲,这是受试者经常选择的就寝时间(当然,受试者对此毫无意识,因为他们处于时间隔离的状态中)。一个宽峰的中心大致位于体温低谷处,与僵尸区重合,表明此区间内不仅警觉性最低,同时也是睡意最强烈的时间。第二个峰值出现于最低体温之后的大约9~10小时,对应的是午休时间,即外部世界的下午2~3点。这意味着,我们在此时变得困倦并非因为吃了丰盛的午餐,也不是因为户外很热,而是因为我们体内的昼夜节律起搏器控制着它。
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1701063053 克罗瑙尔和我发现,在体内非同步的数据中,午睡时间与睡意最强烈的时间重合。我知道,我们不再会一无所获了。从时间隔离实验中得到的结果不能明显地说明真实世界中的情况。毕竟,两者的环境条件是完全不同的。在牵连过程中,睡眠和体温节律的相位互相锁定,并锁定在24小时的时间上;而在体内非同步期间,睡眠偏离了体温周期,且二者都运行在一个长于24小时的周期中。不过,换算公式给出了关于午睡的相位的正确预测,所以我们或许可以推断出其余的瞌睡节律。果真如此的话,这意味着我们能够找到真实世界中的两个禁区时刻。
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1701063055 几个星期后,在一次睡眠研究会议上,我听到了一个关于卡车单车事故的时间分布情况的演讲,结果与我们看到的分布相同。(单车事故是指卡车弯折、翻倒、撞上桥墩,或自行转向冲入沟渠中,而不是与其他车辆相撞,或肇事司机可能正在方向盘前打瞌睡。)统计数据显示,卡车司机更可能在凌晨5点发生单车事故,其次是在下午1~4点之间,正是午睡时间。最不容易发生事故的时间是上午10点和晚上9点,对应于我们所预测的早晚禁区。原因似乎很清楚:此时司机很少打瞌睡。与僵尸区和午睡时间一样,早晚禁区也必须建立到我们的昼夜节律周期之中。
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1701063057 同一时期,布拉德利医院和布朗大学医学院的睡眠研究者玛丽·卡斯卡顿(Mary Carskadon)正在采用“恒定惯例”研究受试者的脑电波。所谓恒定惯例是一种通过尽可能地扁平化受试者的行为和环境,以揭露其体温周期昼夜节律变化的方法。受试者以一个恒定的仰卧姿势(躺在床上),在室内灯光下保持清醒40小时,每小时喝一次营养饮料。虽然他们在整个时间内都应该是保持清醒的,但事实却并非如此,他们偶尔会进入一种“微睡眠”状态,即大脑会“睡着”几秒种,脑电特征发生瞬时改变。
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1701063059 卡斯卡顿发现,这些无意识的睡眠插曲更可能发生在一天中特定的时间。她在绘制了实验最后22个小时(这个阶段受试者最为困倦)的微睡眠分布图后发现,微睡眠的峰值出现在僵尸区和午睡阶段,低谷出现在两个禁区。
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1701063061 将一切汇总到一起时,相同的分布出现在了微睡眠、交通事故以及体内非同步期间的入睡时间选择上。显然,三者都反映了大脑固有的睡眠和警觉的昼夜节律。
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