居里奥 · 托诺尼（Giulio Tononi）是威斯康星大学的一位精神病学家和神经科学家，他的主要工作是对睡眠和意识进行研究。他测定过睡眠中果蝇的脑电波；识别出人熟睡时仍然活跃的那些基因；并证明睡眠能够促进学习和记忆。他认为，睡眠可以让我们在经历了一天的劳顿后重新调整我们的大脑。本文是美国《发现》杂志在不久前对他进行的专访。

记者：睡眠到底有什么吸引你去研究的地方？

托诺尼：我最初想要知道的是意识的神经基础，而睡眠是最显而易见和最具戏剧性的意识改变。我还想了解为什么睡眠是一种普遍的现象。除了极少数的例外，几乎每一种生物都需要睡眠。这意味着睡眠履行着一项非常基本的功能，睡眠同时也是生物学界仅有的几个尚未解开迷团的领域之一。如果你把某人从第四阶段的深度睡眠中唤醒，他们通常说不出此前在睡梦中有任何体验。可是大脑在睡眠状态下并不比在清醒状态中更安静。那么在睡眠中意识消逝到哪里去了？是什么创造了意识？如果移除某人的小脑，他会产生运动障碍，发生行走困难，但他基本上还和以前是同样的一个人。然而，如果失去了具有300亿个神经元的大脑皮层，你就不再存在了。你将不再具有意识。这些都是我们需要了解的非常基本的神秘现象，而睡眠研究是一种研究它们的好方法。

记者：你的研究表明即使微小的果蝇也会睡觉。这对人类意味着什么？

托诺尼：如果我们能够证明果蝇也需要睡眠，这会是一个非常有力的证据支持睡眠是基本功能的观点。我们可以使用现有的适当的基因工具来研究果蝇，因为果蝇所具有的很多基因也是人类所拥有的，而且果蝇的繁殖非常迅速。我们对控制果蝇生理节律的基因知之甚多。既然睡眠是一种最基本也是最首要的行为，那么我们做的第一件事情就是证明果蝇在一个很长的时间里一动不动，非常安静，而且有一个减小的唤醒阈——这是睡眠的两大特征。研究发现，果蝇在夜里会休息10个钟头，当你试图通过吹气、光线、晃动或者加热来唤醒它时，你会发现这比平时更加困难。这个现象看来非常像是睡眠。果蝇对咖啡因的反应是保持更长时间的清醒，对抗组胺剂的反应则是睡得更早。如果把电极插入到果蝇大脑中间，你会发现当果蝇睡眠时大脑的电活动发生了改变。

记者：你们竟然能够把电极插入果蝇的大脑？

托诺尼：这非常困难，但是可以把电极插入到大脑皮层中央叫蕈形体的部分，你会发现类似于用脑电图扫描仪测出的大脑活动，这类活动在果蝇从清醒状态进入睡眠状态时会改变很大。另外一个有趣的发现是只有几天的年幼果蝇比成熟果蝇睡得更多。年纪越大的果蝇有越多的片段式睡眠。所有这些行为都与人类的睡眠很类似。我们甚至做了果蝇的基因表达研究，表明存在于果蝇大脑的基因改变了它们清醒状态和睡眠状态时大脑的活动水平。果蝇和人类之间的另外一个主要相似点是睡眠压力的现象。保持清醒状态越长时间，人的睡眠时间越长，睡得越沉。果蝇也一样。现在我们观察每夜只睡两到三个小时的突变异种的果蝇。如果我们能够研究它们大脑所运用的生化路径，发现这些果蝇怎样做到只需要如此少的睡眠，我们最终就可能找到方法使人类的睡眠更有效率和具有更强的恢复功能。

记者：你是如何设计关于睡眠和学习的实验的？

托诺尼：我们让一些人进行一项动作学习任务，这一任务已经由其他研究证明能够激活大脑一个特殊区域的神经细胞——右顶叶的40区。这是一个能够很容易测量到的很特别的脑区。在任务中，人们观察一个电脑屏幕，屏幕上可能在任意位置呈现一个靶刺激，这样的靶刺激一共有8个。他们的手操作一个被遮蔽所以看不见的鼠标，必须控制鼠标来移动屏幕上的指针以击中靶刺激。不过，实验中有一个隐藏的小把戏。在“控制组”的训练程序里，鼠标和靶刺激的指针之间方位是一致的。但是在一个内隐“学习”的训练程序里，指针实际所在的位置和它应该在的位置之间有一个15度的夹角。这是一个很微小的旋转，而且动作的速度很快，所以几乎不会注意到它。但是大脑会注意到，因此随着练习时间的增加，它会开始纠正这种差异，成绩则会提高。我们运用高分辨率脑电图扫描仪来研究这种内隐学习对大脑的影响。这项动作任务之后，被测试人的大脑40区会有更长时间的深度慢波睡眠，这表明了夜晚的睡眠与我们在白天所学习的事物有直接的关系。但是睡眠的工作不只如此；它事实上可能促进学习。因为我们还发现睡眠提高了成绩。如果在早上学习，晚上来重测不会发现成绩有任何提高。但是如果在晚上学习，然后不久进入睡眠，在次日早晨则会发现成绩得到了提高。

记者：你在最近的研究中发现一些基因在睡眠中被激活。这一发现为什么重要？

托诺尼：目前我们在大脑皮层所能探测到的所有基因中的5%或者在清醒状态下高度活跃，或者在睡眠状态下高度活跃。这些基因中的一半在睡眠中如此活跃的事实显示了睡眠是一种活动状态。清醒状态中活跃的基因主要是调节记忆的长期增强。即使在醒后一两个钟头，也能发现大量基因表达参与了蛋白质的调节和转录，而后者又与新记忆的获得和形成相联系。在清醒状态下，你会改变许多大脑内的电路，增强许多神经突触的联系。一个神经突触的强度总和就叫做它的比重。所以可以说每天结束时你的神经比它们在清晨时更重，这些沉重的神经突触的活动需要消耗大量的能量。新生婴儿的大脑要消耗机体能量的一半；成人的大脑则消耗20%。这意味着即使你只是坐在那里沉思，你的大脑也正在消耗机体大量的能量，我们总是问：钱到哪里去了？在大脑里，钱就是能量。

记者：你认为人类为什么需要睡眠？

托诺尼：在我看来，人们很显然不希望神经细胞的活动在睡眠期发生变化，就如它们在人清醒时一样的活动。睡眠中新信息的获得应该被切断。实验数据也确证了这一点。睡眠基因看上去是在降低神经突触的强度。我们相信睡眠和调节睡眠的基因可以缩减神经键（神经元的神经线连接）的规模，并帮助它们摆脱过度的负担。我们的假设尽管在一些细节上可能有错误，但很有可能激发人们展开进一步的实验研究。我们认为，人们在清醒状态下的学习都是要付出代价的。睡眠就是我们为像大脑这样昂贵和奇妙的学习工具所付出的代价。我们现在应用头部磁刺激来观察是否在白天加强的神经键在睡眠中得到了消解。我感到我们正在接近对睡眠功能的基本认识。

高分辨率脑电图扫描仪的传感器使用265个电极，不会漏掉任何一个脑电波。

记者：很多研究都表明，夜晚的睡眠能够提高成绩和促进学习，睡眠之后的洞察力更强。那么是否有一些神经联系在睡眠中得到了加强？

托诺尼：我们知道在白天由于新鲜的经历被激活并建立联结的神经细胞在睡眠过程中自然而然变得更活跃。不过这一活动并不是对白天所发生事件的详实准确的重放——而更像是低保真的录音。我们认为在睡眠中，神经键的规模缩减过程中所发生的是“噪音”被抹去。强的联系被大规模缩减，弱的联系变得更微弱，因此所有白天的“噪音”都声消匿迹了，留下的只有信号。

记者：在所有这些对睡眠的研究之后，你在生活中是如何对待睡眠的？

托诺尼：我研究睡眠，但是可能我并没有像我本来应该的那样很好地对待它。我的同事琪安拉 · 塞拉里（Chiara Cirelli）就非常珍惜自己的睡眠权利，她说睡眠是她生命里有限的奢侈享受之一。不过如果我睡得更少，我就可以有更多的时间来研究睡眠，也有更多的时间来研究意识，并享受研究的过程。生命本来就太短暂了。