“头悬梁、锥刺股”真的有益学习吗？

吴美云 张语轩

睡觉时大脑在干什么？

睡眠在我们日常生活中扮演着重要的角色，它不仅可以帮助我们恢复精神、消除疲劳，且已有大量研究表明，睡眠过程中存在主动的学习过程，特别是记忆的巩固和增强。

人类进入睡眠时，脑干网状结构阻断了丘脑向皮层的投射（感觉信息的主要上升通路），甚至阻断了不通过丘脑的嗅觉通路，导致脑对外界感知的主要通道被“关闭”，脑活动水平显著降低，只有听觉通道还保持功能性活动，承担着睡眠中的“环境监测和安全警戒”任务，脑电记录显示睡眠中大脑可以分辨不同的声音。这也是为什么报警信号一般都使用特殊的声音。然而，这并不表示睡眠状态下，大脑就完全休息了。睡眠状态下，大脑仍然存在主动性的功能活动，目前研究最多的就是记忆的巩固和提升。

根据睡眠中脑电波的不同特征，可以把睡眠分为不同的阶段，其中眼球会快速转动的阶段称为快速眼动睡眠（REM sleep），其他的（非快速眼动睡眠Non-REM sleep）可统称为慢波睡眠（Slow wave sleep）。脑成像研究表明，大脑在睡眠过程中会进行记忆再激活，重演，以及重组。再激活起源于慢波睡眠中的海马引发的逐渐的神经新皮层的整合和表征，海马对于海马依赖性记忆与非海马依赖性记忆都起到至关重要的作用。重演指的是经历过的事件在脑中快速回放，并将这些小事件整合起来形成一个完整的连续情景。慢波睡眠期间海马出现了记忆的重演，神经元产生的三种脑波特征，慢波振荡、纺锤波和尖波涟漪的“三重奏”，即实现了新皮层-丘脑-海马的“交流对话”。纺锤波（spindle）由丘脑网状核产生，存在快慢两种状态，其中慢纺锤波频率约为9～12Hz，而快纺锤波约为12～15Hz，主要出现在非快速眼动睡眠的第二阶段。较多研究都发现，纺锤波的数量与记忆有关，如果白天学习的内容很多，晚上睡觉时纺锤波数量就比较多，且纺锤波的数量越多，醒后回忆结果越好。涟漪波（ripple）是由海马诱发的同步神经元活动的快速爆发，灵长类与人类的频率约为80～140Hz，啮齿动物频率约为140～200Hz，因为它的爆发式，时间极短（50～100ms）等特点也被称为尖波涟漪（SWRs），与慢波过程中的重演紧密相关，在离线记忆巩固过程中起重要作用。慢波振荡（Slow Oscillation， SOs）主要体现在新皮层，是高幅慢波，频率一般为0.5～1Hz，是神经薄膜在去极化的上电位与超极化的下电位之间转变。纺锤波时常镶嵌在慢波振荡中的上电位。

有研究发现清醒时存储在海马内的短期记忆，在慢波睡眠中逐步向长时记忆存储中心（新皮层）转移。一项功能磁共振成像研究发现单词学习两天后，记忆提取过程中海马的活动会增强，同时海马与内侧前额叶皮层间的功能连接也得到增强。但在六个月后的记忆提取时，激活区域有所转移，内侧前额叶皮层有更大的激活，并且海马与内侧前额叶间的连接减弱。这些证据表明随时间的推移，暂时存储在海马的记忆信息逐渐转移至新皮层使记忆表征发生变化。

总之，从动物研究到人类研究，从行为测量到脑成像，各种研究都一致指出了睡眠在记忆巩固中起到不可替代的作用。

睡眠不足对学习的损害

随着社会的发展，生活压力的增加，中国一百多万的年轻人处于不同程度睡眠剥夺状态。根据《中国少年儿童十年发展状况研究报告（1999-2000）》显示，我国的中小学生每天平均睡眠时长不足8小时，已有研究发现，睡眠剥夺会对青少年学习记忆有较大的损伤。2005年的一份关于中美小学生睡眠模式和睡眠问题的问卷表明，中国儿童的平均就寝时长相比于美国儿童少一个小时，且睡眠問题要多得多。尽管我国各种政策都在提倡为学生“减负”，但升学考试等压力依旧剥夺学生们的睡眠时间，尤其是山东、河南等人口大省的高中生，出现睡眠时间不到4小时的情况。学生们无论在学习日还是在周末都在不停地写，不停地算。由于睡眠不足，导致很多学生在上课的时候注意力不集中，反应迟钝，甚至打盹，因此，这种“努力”引起更多学习上的负面态度。甚至导致健康问题，已有大量研究表明睡眠不足会导致一系列身体疾病，如炎症等。

睡眠问题不仅表现为睡眠时间普遍较短，也体现在睡眠质量上。中国睡眠障碍群体比其他国家高出许多，在一项针对北京市中小学生睡眠状况的抽样调查中，睡眠时长在6h～8h的仅有59.2%，而自我感觉睡眠质量非常好的学生少到仅有16.1%，常见睡眠问题为睡不醒 （39.5%）、噩梦（7.1%）、惊醒（9.1%）、失眠（6.2%）以及梦游（1.6%）。当今，高中生的压力引发更高比率的睡眠问题，而睡眠质量问题导致更低的问题解决能力。

睡眠剥夺和质量低下损害学生的学习和认知的发展，已有大量研究表明睡眠对儿童的认知发展有着深远的影响。在一个大样本纵向追踪研究中，通过收集孩子在18，30，42和57个月大时的睡眠状况，建立模型可有效地预测孩子8岁上学后需要特殊教育的可能性。

尽管无法确定幼儿的睡眠状况与随后的学习、行为等因素的因果关系，但早期睡眠问题可以很大程度预测后期的学习相关问题。当前主流观点认为，清醒时脑内积累的学习材料得以整理和巩固需要睡眠，而睡眠剥夺则会严重影响记忆的巩固，导致学习记忆效果变差。在一项调查研究中，研究者通过设置睡眠剥夺组（25个小时的剥夺）与无睡眠剥夺组来考察不同记忆任务的影响，结果显示睡眠剥夺组在执行知觉记忆任务时表现明显降低。一个较新的研究发现非快速眼动睡眠的第二阶段时长决定婴儿新记忆的发展，第二阶段时间较长则有利于感知记忆到语义记忆的转换。这些结果充分证明睡眠剥夺会广泛地影响认知，会引发记忆问题，进而导致严重后果。睡眠不仅在已学知识的记忆整合中起重要的作用，同时也可清除大脑不相关信息。有假设认为，白天学习的过程即为大脑中突触连接形成的过程，而到了夜晚睡眠时，则对突触进行修剪，通过减少无连接突触，进而凸显已连接的突触，导致记忆得到巩固，特别是慢波睡眠过程中能够减少构成突触分子的数量。整个睡眠过程中，海马在记忆加工过程中起到至关重要的作用。

在最近的一项研究中，研究者使用多导睡眠仪（PSG）对海马受损患者与正常被试睡眠进行比较分析，结果表明海马在情景记忆中不可缺少。简而言之，大量研究发现睡眠剥夺会对陈述性记忆和言语学习有较大影响，会导致计算任务相关脑区的活动降低，且工作记忆能力也因较差睡眠质量表现较差。总之，睡眠不仅让我们的身体得到休息，还帮助我们巩固记忆清除不相干信息，进而增强和改变记忆痕迹。因此，对学习者来说，多睡一会并不是偷懒，而是更有效的学习。