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为什么婴儿时期的睡眠时间比成年人多？人类在不同年龄阶段睡眠状况会存在差异

据新浪科技：国外媒体报道，人类一生中大约三分之一的时间在睡觉，科学家一直在讨论为什么睡眠占据我们如此多的时间，目前，最新一项研究表明，人类在特定年龄不同阶段，睡眠状况会存在差异。

关于为什么我们睡眠时主要集中在脑力活动的问题有两个主流解释理论：一种理论认为，大脑利用睡眠来重组细胞之间的联系，构建支持我们记忆和学习能力的神经网络；另一种理论认为，大脑需要时间来清理一天累积的代谢废物。神经科学家一直在争论这些解释哪些是人类需要睡眠的主要原因，但是最新研究表明，对于婴儿和成年人来说，年龄不同，他们睡眠的主要原因也不一样。

这项研究发表在9月18日出版的《科学进展》杂志上，研究人员使用数学模型表明，婴儿大部分睡眠时间处于“深度睡眠”，也被称为随机眼动睡眠。与此同时，我们的大脑细胞之间迅速建立新的连接，并不断地扩大，然后当蹒跚学步的婴儿接近两岁半的时候，他们的快速眼动睡眠时间快速减少，因为他们的大脑转换至“维护模式”，大部分睡眠时间用于清洁大脑代谢废物，并进行修复。

研究报告作者、美国加州大学洛杉矶分校圣菲研究所生态学、进化生物学和计算医学教授范·萨维奇称，这绝对是令人震惊的事情，这种大脑模式转换如此快速。

同时，研究人员还收集了其他哺乳动物的相关数据，其中包括：兔子、老鼠和豚鼠，发现它们的睡眠可能经历类似的转变，然而，现在判断这些模式在许多物种中是否一致还为时过早。

瑞士伯尔尼大学儿童与青少年精神病学和心理治疗大学医院的神经学家莱拉·塔鲁赫说：“我认为实际上这种大脑模式转换可能并没有那么明显，而是更平稳，或者个体之间转换的年龄会有所不同，大脑发育的速度因人而异，我们发现2-3岁之间的数据点非常‘稀疏’。”

新兴的假说理论

2007年发表在《美国国家科学院学报》的一篇研究报告指出，萨维奇和理论物理学家杰弗里·韦斯特发现动物大脑体积与脑代谢率能准确预测动物睡觉的时间，这比基于动物整体大小进行的预测更准确。一般而言，拥有较大体积大脑和较低脑代谢率的大型动物比拥有相反特征的小型动物睡眠时间更少。

这一规律普通存在于不同物种之间以及同一物种不同年龄阶段，例如：老鼠比大象的每天睡眠时间更长，新生婴儿每天睡眠时间比成年人更长。然而，睡眠时间随着大脑体积变大而逐渐减少，研究人员希望知道这种变化在不同动物身体上发生的有多快，以及随着时间推移这种变化与睡眠功能是否有关。

为了开始回答这些问题，研究人员收集了关于人类睡眠时间的现有数据，收集了从新生儿至15岁儿童的数百个数据点，他们还收集了大脑体积和代谢率、脑细胞联系密度、身体大小和代谢率、不同年龄阶段快速眼动睡眠时间比率等数据，研究人员从60多项研究中得出获得这些数据点。

婴儿每天睡眠时间大约是成年人的两倍，他们的睡眠时间中较多地处于快速眼动状态，但长期以来，人们一直不清楚这种状态到底起什么作用。

研究报告作者建立了一个数学模型来跟踪分析所有这些随时间变化的数据点，观察这些数据点出现怎样的模式变化。婴儿大脑代谢率很高，因为大脑细胞建立了许多新的连接，这与婴儿较多的快速眼动睡眠状态有关。因此，他们得出结论称，婴儿时期较长时间的快速眼动有助于大脑快速重构，因为新的大脑网络形成，婴儿学习新的技能。萨维奇说：“这种关联性并不会很快发生改变，当婴儿进入2-3岁，逐渐地他们快速眼动时间将减少。”

与此同时，大脑皮层的细胞代谢率也发生了变化，在婴儿时期，代谢率与脑细胞之间现有连接数量和大脑神经网络建立新连接所需能量成正比，随着大脑重构速率减缓，相应的代谢率也会减慢。

塔鲁赫称，在人类生命的最初几年里，大脑正在建立大量新连接，其发展速度很快，这就是为什么我们看到人类的技能学习速度很快的原因。发展心理学家将这称为神经可塑性的“关键时期”——大脑细胞之间建立新连接的能力。在那个关键时期之后，神经可塑性并没有消失，但正如新的数学模型所预测的那样，新连接的构建速度显着减缓，非快速眼动睡眠与快速眼动睡眠的比例也在增加，这支持了非快速眼动对大脑维持比神经可塑性更重要的观点。

萨维奇称，展望未来，研究人员计划将该睡眠数学模型应用至其他动物，观察在动物发育早期是否也会发生类似的重构至修复的转变。

研究报告第一作者、美国德克萨斯大学奥斯汀分校信息、风险和运营管理系副教授曹俊宇称，我们知道人类大脑发育在出生之后是不同寻常的，因此可以想象这里描述的人类相变可能比其他物种出现得更早，甚至这种变化是在出生之前。

就人类睡眠而言，塔鲁赫指出，在快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠期间，脑电波活动模式是不同的，考虑到快速眼动时间的变化，未来的研究可能揭示特定的脑电波活动是否会随着年龄增长而塑造大脑。从理论上讲，这些模式的中断破坏可能会导致婴儿和幼儿时期出现发育障碍，但这仅是一种假设。

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