衰老是如何影响我们的睡眠的

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  Illustration from soidergi.com

  (以下为朗读小姐姐的全文音频)

  BGM:周杰伦-稻香

  来源 |Elysium Health

  翻译 | 林宇豪

  校阅 | 酷炫脑主创 &小草

  编辑 |良辰

  朗读 | 胡恩

  1.

  

  睡眠、大脑和健康是我们常常忧虑的三个问题。在 20 世纪末,科学家们进行了许多关于睡眠和大脑的研究,但他们的目的只是为了最大程度地减少工作中的困倦,继而提高人类的生产效率。

  而到了 20 世纪 90 年代末,一系列关于睡眠和新陈代谢,以及昼夜节律对整个身体影响的研究,展现了我们复杂的生理系统和睡眠之间的许多联系。

  在过去的几十年里,研究人员一直专注于分析睡眠和大脑在整体健康中所扮演的重要角色,尤其是这一角色如何随着年龄的增长而改变。

  然而,深入人类大脑内部,了解年龄的增长对大脑带来的变化仍然是一项艰巨的任务。

  我们所能确实了解到的是,睡眠对健康至关重要。2010 年一项对睡眠时间和全因死亡率的研究分析显示,睡眠不足和睡眠过多都会增加死亡风险。

  

  睡眠时间和全因死亡率关系图 |图源 Liuetal.,2017

  2.

  大脑和睡眠之间的联系是双向的:睡眠影响大脑,而大脑也影响睡眠。随着年龄的增长,两者都会发生变化,这对一个人的健康有重要的影响。以下就是一些关于睡眠和大脑的基本知识。

  1)大脑会随年龄增长发生什么变化?

  如果你已经 40 岁了,那么你的大脑很可能已经开始萎缩,这一萎缩的过程会一直持续到死亡。研究发现,健康成年人的大脑从 40 岁左右开始,每 10 年就会失去 5% 的质量,这种萎缩在 70 岁以后还可能会加速。科学家们还不确定为什么会发生这种萎缩。但学界的共识是,负责记忆和解决问题的海马体和前额叶皮质等区域比其他区域萎缩得更严重。

  

  大脑质量随年龄变化图(男性蓝色,女性红色) | 图源 Anatole S. Dekabanetal.,1978

  萎缩是衰老对大脑产生的最可怕的影响。但随着年龄的增长,你的大脑会发生很多除此以外的不同变化。大脑有时会开始以不正确的方式运转,甚至是完全停止工作。年轻的大脑中沟通良好的区域可能会被干扰或改变。而脑区间也会形成新的沟通路线。这是很自然的现象,甚至老年人的大脑也能根据认知需求产生适应性的变化。

  随着年龄的增长,大脑更会在微观的层面上发生变化。你可能听说过,随着年龄的增长,大脑中的神经元不能再生,它们会随着年龄增长一个个地死亡。这并不完全正确,新的证据表明,有时神经元可以再生,甚至在老年人的大脑中也能产生新的神经元。

  但当成年人接近 65 岁时,衰老的大脑中的许多神经元会受损,功能也不如以往。神经递质,类似多巴胺、血清素和其他帮助神经元进行化学交流的激素也会随着年龄的增长而产生得越来越少。

  

  神经元结构 | 图源 jiqizhixin

  一个已经衰老但健康的大脑仍然可以相对良好地运作。大脑具有被称为“可塑性”的能力去适应自身的衰退来维持日常认知功能。

  但大脑在一项功能上的衰退几乎是无可避免的:随着年龄的增长,我们的睡眠时间会变得越来越短。科学家认为这与大脑老化有直接联系。

  2)睡眠与衰老和大脑的联系

  在研究睡眠的过程中,研究人员发现了睡眠是身体最重要的功能之一。几乎人体的每一个系统,如免疫系统、激素、血管系统等等都受到睡眠的影响。”

  一个解释我们为什么需要睡眠的重要理论认为,睡眠与能量守恒有关。

  这一理论的观点是,我们的身体需要睡眠来为第二天做好准备:睡眠可以修复细胞和组织的损伤,补充激素和神经递质,并维护重要的身体保护机制(例如免疫系统)。当我们在睡眠中时,身体减少了对能量的使用。睡眠为身体的这些功能准备好了一段空余的时间。

  

  图源 dribbble by Uran

  在最近的一项研究中,研究人员观察了斑马鱼胚胎半透明染色体内的 DNA 修复机制。研究发现,在睡眠期间与 DNA 修复相关的某些染色体活动在神经元中有所增加,但在睡眠被剥夺期间这些活动则被降低了。

  大脑控制着我们清醒或睡眠的状态——在清醒时,大脑控制神经元的频繁放电和神经递质的释放,而在睡眠时,大脑会调低神经元放电的频率。人们认为这些机制在很大程度上是由昼夜节律控制的。昼夜节律的调节主要由大脑中的时钟——下丘脑负责,睡眠与我们的认知健康息息相关:失眠会让认知能力受损,记忆也与睡眠有关。许多研究都将记忆的巩固和睡眠联系了起来。

  

  下丘脑(绿色区域)在大脑中的位置 | 图源 neuroscientificallychallenged

  在最近的一项研究中,科学家们测量了被试在清醒时活动和生成记忆时的脑电波活动模式。他们发现,当这些被试进入睡眠状态时,他们的大脑呈现出了和记忆生成相同的脑电波活动。这种“记忆回放”或“记忆重激活”可能对保存记忆来说很重要。

  

  人体不同状态下的脑电波活动模式 | 图源 yywiki.net

  睡眠对健康十分重要,但随着我们年龄的增长,睡眠质量往往会下降。老年人往往在睡眠后仍感到更多的困意。这也是为什么在日常生活中,老年人似乎更容易在电视机前打盹,但他们的睡眠却缺乏深度,更容易被打断,持续时间也较短。据估计,40% 到70% 的老年人都有慢性睡眠问题。这可能是因为,随着年龄的增长,身体对睡眠的需求没有那么强;但也有可能睡眠的需求其实没有减弱,只是我们的身体对这种需求的反应能力降低了。

  

  图源dreamstime by Jitkoff

  缺乏高质量的睡眠会在老年人中导致一种恶性循环:睡眠不足会导致大脑功能受损,而大脑功能受损也会导致睡眠不足。这种现象显著地存在于痴呆症和阿尔茨海默症等常见老年疾病病人中。但它也可以表现在正常人身上,例如说:老年人可能会因为关节和肌肉酸痛彻夜难眠;而睡眠不足却恰恰阻碍了他们的大脑通过激素和免疫系统来帮助身体治愈这些疼痛。

  3)我们如何才能更好地理解睡眠对大脑衰老的影响?

  以研究阿尔茨海默症和痴呆症在过去十年中最重要的进展之一为例:测量大脑中的 β-淀粉样蛋白斑块。

  

  正常人和阿尔茨海默氏症患者大脑对比 | 图源plasmalogen.me

  多年来,科学家们一直认为,这些斑块与阿尔茨海默症之间存在联系。斑块是神经元活动产生的一种蛋白质“废物”。2018 年的一项研究表明,β-淀粉样蛋白在一晚上无睡眠的情况下增加了 5%,这说明睡眠不足与β-淀粉样蛋白增加之间存在一定的关系。一些科学家认为,大脑在睡眠时可以清除这些斑块;虽然目前我们还没有确定 β-淀粉样蛋白和阿尔茨海默病之间的因果关系,但它们的存在是用于识别阿尔茨海默症的一个标志。

  我们可以在医院做一些简单的血液检查来检查肝脏或甲状腺的问题,但对睡眠的检测不是这样的。我们需要用代谢组学和蛋白质组学来研究体内所有的代谢物和蛋白质。我们还需要研究人体内对我们健康有极大影响的微生物群。

  自 2016 年以来,莱特和其他研究人员一直在研究睡眠不足和昼夜节律问题对微生物群的影响。她和她的团队正在与埃默里大学的研究人员合作,测试一种可以代替痛苦的脊椎穿刺测量 β-淀粉样蛋白的方法。通过这种新方法,他们可以使用电极来测量睡眠病人的脑电波活动。

  研究发现,某些大脑慢波电活动与β-淀粉样蛋白积聚在内的脑部病理表现有关。通过测量一个病人的正常脑电波活动,她希望能够预测斑块的形成,从而预测老年痴呆症的风险。

  现在,科学家们的研究目的不仅是为了更好地识别老年人大脑中与睡眠有关的问题,同时也是为了指导我们如何在老去时健康地保养我们的大脑。

  

  如果你可以尽早选择正确的生活模式,就可以大大提高大脑对抗衰老的能力,在你面对大脑病理衰老甚至老年痴呆症的时候,大脑能拥有更多的“战略储备”。

  

  从生物角度来说,不同人在成年之后,生物年龄和身体大脑素质的个体差异会越来越大,最后我们实际的生物年龄可能完全不能用客观度过的时间年龄来衡量。

  参考文献:

  [1]Cappuccio, F. P., D’Elia, L., Strazzullo, P., & Miller, M. A. (2010). Sleep Duration and All-Cause Mortality: A Systematic Review and Meta-Analysis of Prospective Studies.Sleep,33(5), 585.

  [2]Peters, R. (2006). Ageing and the brain.Postgraduate Medical Journal,82(964), 84–88.https://doi.org/10.1136/pgmj.2005.036665.

  [3]Spiegel, K., Leproult, R., & Van Cauter, E. (1999). Impact of sleep debt on metabolic and endocrine function.Lancet (London, England),354(9188), 1435–1439.https://doi.org/10.1016/S0140-6736(99)01376-8

  [4]Van Someren, E. J. (2000). More than a marker: interaction between the circadian regulation of temperature and sleep, age-related changes, and treatment possibilities.Chronobiology International,17(3), 313–354.

  [5]Williamson, A., & Feyer, A. (2000). Moderate sleep deprivation produces impairments in cognitive and motor performance equivalent to legally prescribed levels of alcohol intoxication.Occupational and Environmental Medicine,57(10), 649–655.https://doi.org/10.1136/oem.57.10.649.

  [6]Wright, K. P., Lowry, C. A., & LeBourgeois, M. K. (2012). Circadian and wakefulness-sleep modulation of cognition in humans.Frontiers in Molecular Neuroscience,5.https://doi.org/10.3389/fnmol.2012.00050.

  [7] Zylka, M. J., Shearman, L. P., Weaver, D. R., & Reppert, S. M. (1998). Three period homologs in mammals: differential light responses in the suprachiasmatic circadian clock and oscillating transcripts outside of brain.Neuron,20(6), 1103–1110.

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