人的一生中約有三分之一的時間都在睡覺，睡眠是整個動物界生存所必須的過程。有研究表明，動物在醒著的時候會受到一定程度的神經系統損害，由此產生的受損基因和蛋白質，會在腦部堆積并引起疾病，而睡眠有助于修復這種損害并清除這些垃圾。

也有實驗發現，睡眠可以促進與學習和記憶鞏固相關的神經塑性重組及突觸的生長。但我們目前對于神經修復和重組在睡眠期間的相對作用，以及其在個體發育過程中是否會發生變化仍不清楚。

近日，來自英國帝國理工大學、美國加利福尼亞大學以及德克薩斯大學的研究團隊在《Science Advances》上發表了題為Unraveling why we sleep: Quantitative analysis reveals abrupt transition from neural reorganization to repair in early development的研究成果，揭示了個體系統發育過程中睡眠的變化，發現神經塑性重組主要發生在快速眼動睡眠（REM）中，而睡眠的主要功能會在約2歲半時發生變化，由神經重組及學習轉為功能修復和垃圾清除。

DOI: 10.1126/sciadv.aba0398

研究人員利用來自60多項包括人類和其他哺乳動物的睡眠研究的數據，進行了迄今為止全面的睡眠統計分析。檢查了個體從出生到成年整個發育過程中的睡眠數據，包括總睡眠時間，REM睡眠時間，大腦大小、體重，腦代謝率、身體代謝率和睡眠代謝率（SMR），以及個體發育數據，包括大腦的白質、黑質和突觸密度等，并建立了*的定量理論和數學模型來分析突觸密度、睡眠時間、大腦大小與腦代謝率之間的聯系，解釋個體發育中睡眠如何隨大腦和體重變化而變化。

發育早期的不同睡眠時間比例

發育后期的不同睡眠時間比例

數據分析發現，REM睡眠會隨著大腦大小的增大而減少。新生兒的睡眠時間中有50％為REM睡眠，但到10歲時其占比會下降到25％左右，且隨著年齡的增長而持續減少。50歲以上的成年人的REM睡眠時間僅占15％。REM睡眠時間的減少大概是從2歲半開始發生的。而且當所有物種達到相當于人類約兩歲半的年齡時，其REM睡眠時間也會開始急劇下降，無論是小鼠、兔子還是豬。

功能轉化前的腦代謝及與腦質量和年齡的關系

REM睡眠占比的顯著下降，也代表著睡眠功能發生著重大的變化。研究發現2歲半前的睡眠主要是進行大腦的構建、神經重組和學習，而2歲半后，睡眠的主要功能逐漸轉化為大腦的維護和修復，即神經系統損害的功能修復和代謝物等垃圾的清除。且后期幾乎所有的大腦修復都是在睡眠中進行的。

睡眠功能從重組到修復的轉變

該研究的作者Gina Poe說，對于大多數成年人來說，每晚七個半小時的睡眠是正常且需要的，嬰兒和兒童需要更多甚于兩倍的睡眠。長期缺乏睡眠可能會導致產生癡呆癥、糖尿病和肥胖癥等健康問題，而睡個好覺，是免費的良藥。

參考資料：

Unraveling why we sleep: Quantitative analysis reveals abrupt transition from neural reorganization to repair in early development