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在过去的几年里，我们已经获得了更细致入微的理解：这些不同的过程是在睡眠的不同阶段完成的。这些过程既留下了记忆的原始形式，也从之前的经验提取特征与意义。这使新经验在我们的大脑中整合成为一个对外部世界更广义、更有层次的表现。记忆巩固要求我们在第一次遇到新的经验时进行大脑微调。根据一项越来越受到认可的理论，这一系列过程都是在我们睡觉时完成，否则，这些回路会跟已经发生过的经历混淆。所有这些微调、提取、整合的过程都不是在一晚上完成，而是在几个连续的夜晚完成的。即使是经验发生两三天后的睡眠被打扰，都可能会影响我们几个月甚至几年之后的记忆。
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睡眠专家马修·沃克（来自加利福尼亚大学伯克利分校）和罗伯特·斯蒂克戈尔德（来自哈佛医学院）注意到：我们睡觉时会有三大信息处理程序。第一大程序是整合，将某种经历的单一元素或模块组合成一个统一的概念。例如，学习新曲子的音乐家、学习新场景的演员，他们一次可能只练习一个句子，睡眠时的整合将这些信息都组合成一个无缝整体。
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我们睡觉时的第二大程序是同化。在这个过程中，大脑将新信息与已经存在的其他网络结构进行整合。以学习新单词为例，你的大脑网络会无意识地将它们组合成例句，并尝试将它们与已知经验结合。在我们一天中，消耗能量最多的脑细胞会在我们睡觉时呈现ATP（神经信令辅酶）升高的趋势，这通常被认为与同化程序相关联。
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第三大程序是抽象化。这是潜规则被发现的地方，也是潜规则进入记忆的地方。如果你还是小孩的时候就开始学习英语，并学会了一些构词的规则，例如“在词尾加上s就能将其变为复数”或者“在词尾加上ed构成过去式”。如果跟大多数学习者一样，没有人教过你这些——你的大脑会从多个实例中抽象出这个规则。这就是为什么小孩子会犯这样的逻辑错误：他们会用“he goed”而不是“he went”，或者“he swimmed”而不是“he swam”。这种抽象是正确的，但是它不适用于不规则动词。推断不仅只在语言领域出现，也会在数学领域、逻辑问题、空间推理中出现，睡眠已经证实可以提高我们的抽象关系构思与理解的能力，所以人们才会在醒来之后突然解决了前一天晚上没解决的问题。这也许就是学语言的小孩子睡得多的部分原因。
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因此，许多不同种类的学习都被证实在一夜睡眠之后得到提高，这是在相同时间内保持清醒所无法达到的效果。休息一夜之后，音乐家会发现自己演奏某首曲子的能力增强了。被微积分所困扰的学生在休息一夜之后，也会发现醒来后问题更容易解决了。新的信息和概念似乎是在我们睡眠时静悄悄地被处理了，有时甚至会在梦里出现。一夜的休息能成倍提高我们解决那些需要深入了解问题的概率。
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许多人都记得他们第一次玩魔方时的情景。许多人都指出，那天晚上，他们的梦境中出现了那些有颜色的明亮方块，他们会不停地旋转拼接魔方。第二天，他们发现自己能够更好地玩魔方了——当他们睡觉时，大脑会根据自己之前的有意识认知和大量无意识认知提取相关规律。研究人员在学习俄罗斯方块玩家的身上也有同样的发现。虽然玩家们指出他们曾梦到过俄罗斯方块，特别是在早期学习的时候，但他们没有梦到特定游戏或特定动作；相反，他们梦到了与游戏有关的抽象元素。研究人员推测，这创建了一个模板，通过这个模板，大脑能组织和存储玩好游戏的一些必要的信息。
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信息整合一直存在于我们的大脑中，但当我们关注某项任务时，信息整合会更强烈。那些被微积分困扰的学生，白天并不是仅仅简单地看了看问题，他们也在积极地尝试解决问题，他们将注意力专注于问题。休息一夜之后，他们会再次尝试解决问题。如果你只模模糊糊地听你的法文录音带，那么你的睡眠不太可能会帮助你学习语法和词汇。但是，如果你白天用了一个小时或更多的时间学习语言，投入你的注意力、精力和情感，那么它就会在你的睡眠过程中回放和阐述。这就是为什么浸泡式学习效果如此之好——为了在新的语言环境中生存，你投入了情感，也亲身参与了这种语言学习。但这种学习方式，在某种程度上是教室或语言实验室难以模拟的。
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也许关于记忆最重要的规律是：我们倾向于记住那些我们最在意的事情。从生物学的层面讲，神经化学标记通常建立在情感上最重要的经验之上；投入了情感的场景才是我们的梦境中会出现的场景。
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在提高记忆与学习方面，并不是所有的睡眠都能到达相同的效果。睡眠可以分为两大类：快速眼部运动（REM）以及非快速眼部运动（NREM）。非快速眼部运动还可以进一步划分为四个阶段，每个阶段都有不同的脑电波模式。快速眼动睡眠是最生动细节梦境出现时的睡眠。它最显著的特征是临时选择性抑制肌肉（因此如果你在梦里奔跑，你不会从床上走下来开始围着房子奔跑）。快速眼动睡眠还有一个特征是低压脑电波模式（EEG），以及闪烁的眼皮运动，这也是快速眼动睡眠名字的由来。过去常常认为，我们的梦境都是在快速眼动睡眠时发生，但最新证据表明，我们在非快速眼动睡眠时也会产生梦境，虽然这些梦境没有那么生动形象。大多数哺乳动物都有相似的心理状态，我们认为它们也会做梦，但我们无法肯定这一点。当我们刚睡着或者刚醒来时，其他一些类似梦境的经历也会出现；这些如梦一般的现象通常会有生动的听觉和视觉形象，所以更像是幻觉。
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我们相信，快速眼动睡眠发生在大脑进行事件深度处理的阶段——我们之前所讲到的整合、同化和抽象化。为了实现这些程序的调节，大脑也会发生化学物质变化，包括去甲肾上腺素的减少、乙酰胆碱和皮质醇水平的提高。θ波活动的优势在于：它有利于快速眼动睡眠期间不同脑区之间的关联链接。这会产生两大有趣的效果。第一，通过激活有意识与无意识中的思维，建立大脑与我们平常观察到的事物之间的深层次联系。它让我们感知物体，例如，云看起来有点像棉花糖，或者法尔可的《Der Kommissar》（歌曲名）与里克·詹姆斯的《Super Freak》（歌曲名）都使用了相似的音乐旋律。第二个效果是，它让不同梦境之间开始联系：你的棉花糖突然飘浮到空中，变成雨云；你在电视上看到里克·詹姆斯，他驾驶着福特猎鹰（大脑是很俏皮的，法尔可成为福特猎鹰）；你走在街上，突然街道变成了一个完全不同的城镇，人行道变成了水。这些扭曲都是大脑在探索不同想法和事物之间可能的联系。幸运的是，这些扭曲只会发生在你的梦境中，你所看到的一切都不是真实的。
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当我们睡着时，大脑还会产生另一种扭曲——时间扭曲。那些看起来很长、很复杂，长达30分钟或更久的梦境也许实际上只是在一分钟之内发生的。这或许是由于我们身体内的生物钟进入了一种激活降低的状态（你也可以认为是休眠状态），因此变得不可靠。
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快速眼动和非快速眼动睡眠之间的过渡被认为由脑干附近的GABA能神经元调节。这是与前额叶皮层抑制剂相同的神经元。目前普遍认为，这些神经元与其他神经元在大脑中充当了开关的作用，使我们从一个状态切换到另一种状态。大脑该区域的损伤会大大降低快速眼动睡眠，因此，对大脑其他区域的损害也会随之增加。
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正常人的睡眠周期大约持续90~100分钟。平均有20分钟处于快速眼动睡眠，70~80分钟处于非快速眼动睡眠，虽然每晚时间的长短会有所不同。快速眼动睡眠可能只会发生在入夜之后的5~10分钟，有时甚至是30分钟或清晨之后的更长时间。大部分的记忆巩固发生在慢波的前两个小时，即非快速眼动睡眠以及清晨快速眼动睡眠的最后90分钟。这就是为什么饮酒和药物（包括睡眠药物）会干扰我们的记忆，因为最关键的第一个睡眠周期已经被药物干扰。这也是为什么睡眠不足会导致记忆力减退——因为睡眠最重要的90分钟要么被干扰要么从未出现。我们无法弥补失去的睡眠时间。学习一天之后的睡眠不足会阻止与睡眠有关的提升，即使是好好休息两晚的3天之后，损伤仍在继续。这是因为由于梦的周期尝试重新与人体生理节奏同步，当睡回笼觉或补觉时，我们的脑电波处于异常状态。
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睡眠也是神经元代谢的基本属性。除了信息整合功能外，2013年的一项新发现表明，睡眠也是细胞管理的必要组成部分。就像凌晨5点行驶在城市的垃圾车，淋巴系统中的特定新陈代谢过程会将白天累积的可能的毒物排出我们的体外。正如我们第2章所讲的那样，这并不是一个要么全有要么全无的现象：大脑的一部分在休眠，而另一部分在保持清醒，导致我们有时会出现半睡半醒或轻度睡眠的状态。如果你也曾经大脑短路——突然间记不起某些很显然的事情——或者做一些很愚蠢的事情，例如将橙汁倒在燕麦上，这也许是由于你大脑的一部分正处于休眠状态。或者，你一次性思考了太多事情，导致注意力系统压力过大。
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导致我们嗜睡的原因有好几个。首先，光明与黑暗交替的24小时周期，会影响诱发清醒警觉或嗜睡神经化学物质的产生。阳光照射在视网膜感光细胞上，触发了一系列反应过程，导致视交叉上核和松果体被触发。松果体是大脑基部附近的一个小腺体，大小约为一颗米粒那么大。天黑后约1小时，松果体产生褪黑素。褪黑素是负责催促我们进入睡眠状态（以及使大脑进入睡眠状态）的神经激素之一。
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我们可以将睡眠–苏醒周期比喻为家里的恒温器。当温度下降到某一点时，恒温器会闭合电路，炉子开始加温；当达到预设所要求的温度时，恒温器会中断电路，炉子将再次关闭。睡眠也受相同的神经开关的约束。这需要一系列体内平衡，并受许多因素影响，包括昼夜节律、进食、血糖水平、免疫系统、压力、阳光以及黑暗。当同态调节器增加到某个点时，诱导睡眠的神经激素将被释放；当同态调节器降低至某一点时，一组单独的神经激素会被释放诱导我们苏醒。
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你一定曾经想过，如果能睡得更少，就能完成更多；或者你还可以借用时间，今晚少睡一小时，明晚多睡一个小时。这样做似乎看起来很吸引人，但事实却并不是这样的。睡眠是保证高效工作、记忆、生产力、免疫力、情绪调节的最关键因素。即使减少轻度睡眠或者改变睡眠习惯（比如，某一天晚睡晚起），都可能对很多天之后的认知表现产生不利影响。当职业篮球运动员晚上休息10小时以上时，他们的表现能得到显著改善：自由罚球和三分球命中率将分别提高9%。
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我们中的大多数人都采用这样一种睡眠–苏醒模式：休息6~8个小时，然后保持清醒16~18个小时。研究人员最近有了一项新的发现。在人类历史上的大多数时间，我们的祖先，除午睡外，还有另外两轮睡眠，称为分段睡眠或双峰睡眠。第一个睡眠时期发生在晚饭后的四五个小时，然后，他们会在午夜苏醒一个小时甚至更长时间，随后他们又会休息四五个小时。午夜苏醒也许是为了抵御夜间捕食者。双峰睡眠作为一种生物学规范似乎已经被人工光源发明所破坏。有科学证据证明，这种双峰睡眠加午睡的机制更健康，更能提高生活满意度、增加效率以及提高性能。
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对于那些从小就只睡6~8个小时、不午休的人而言，这似乎听起来很可笑、很愚蠢。但这只是美国国家心理研究院受人尊敬的科学家托马斯·韦尔的一项发现而已（或者，你也可以说重新发现）。在一项具有里程碑意义的研究中，他要求研究参与人员居住在一个一天有14小时黑暗的房间中，模拟灯泡发明之前的生活情况。研究人员发现，测试者按照自己的生物规律，每晚休息8个小时，但这8个小时却是发生在两个单独的时间段。他们会在房间变黑的一两个小时后睡着，休息四五个小时之后，他们又会苏醒一两个小时，然后再睡4个小时。
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数以百万计的人都存在无法一觉睡到天亮的困扰。不间断睡眠似乎是我们的文化规范。当人们遭受这样的困扰时，他们会要求医生开药来帮助他们入睡。很多睡眠药物都会成瘾，有副作用，会让人们在第二天早上感觉昏昏欲睡；它们还会干扰记忆整合。简单改变对睡眠变化的预期以及改变日程表，都会对我们产生长远的影响。
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不同的人会有不同的睡眠周期。有些人会在几分钟之内睡着，但其他人可能需要一个小时或更长时间。这都是在人类行为的正常范围内——重要的是你的正常范围是什么。我们需要注意，如果你自己的模式突然产生某种变化，这可能都是疾病与机能失调的征兆。无论你是一觉睡到天亮，还是像古代那样采取双峰睡眠模式，你到底睡了多少时间呢？研究者们给出了表5–1中的建议，但是这都是平均数字——某些个体确实需要更多或者更少的睡眠，这都是因人而异的。与我们以前所知的不同，老年人并不是需要更少的睡眠，他们只是无法一口气睡8个小时而已。
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表5–1 个体平均需要的睡眠时间表
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美国的上班族中，有1/3的人每晚睡眠时间少于6小时，远低于上面的参考范围。美国疾病控制和预防中心（CDC）在2013年将睡眠不足定义为公共卫生疫情。
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