愈睡愈累的秘密？研究揭「快速動眼期」悖論：作夢竟大量消耗大腦能量

做夢之後醒來，有時反而比睡前還累——這種奇妙的感受，長期被視為主觀印象，難以用科學解釋。但日本東北大學（Tohoku University）的研究團隊，終於找到了它背後的生理機制，而答案出乎意料地矛盾。

參考來源：clevelandclinic.org、what is rem sleep

快速動眼期（REM sleep）是睡眠中與作夢及記憶處理最密切相關的階段，也常被稱為「悖論性睡眠」，因為身體此時幾乎靜止不動，大腦卻呈現出與清醒時極為相似的活躍狀態。而東北大學的最新研究，在這個已知的悖論之上，又揭開了另一層謎題。

研究人員發現：進入REM期後，大腦的能量供應看似正在上升，不過神經元直接使用的能量分子，實際上卻在下降。這項研究結果發表於期刊《Communications Biology》，讓神經科學界為之側目。

東北大學松井宏教授（Professor Ko Matsui）問了一個許多人心中都有的問題：「你有沒有曾在一個栩栩如生的夢境後醒來，卻感到莫名疲憊？睡眠看起來很平靜，但大腦其實高度活躍——在作夢時尤其如此。我們對這個悖論深感興趣，想找出作夢為何讓人感到疲倦的科學依據。」

為了窺探睡眠中大腦的真實樣貌，研究人員動用了相當精巧的技術手段。團隊將小鼠的顱骨保持透明，藉由寬視野螢光影像技術，同步監測腦部血流量變化（作為「燃料」供應的指標）、驅動神經元運作的ATP，以及連結血糖與大腦能量代謝的關鍵分子——星狀膠細胞丙酮酸（astrocytic pyruvate）。

實驗數據描繪出一幅令人費解的圖景。在進入REM期的約50秒前，大腦血流量便開始上升，這個增量從後方大腦皮質向前擴散，顯示出一種大規模的代謝準備過程。REM期開始後，星狀膠細胞的丙酮酸也隨之升高；不過弔詭的是，神經元內的ATP卻下降了。

這些發現說明，在REM期間，能量供應的增加並不會直接轉化為神經元ATP的提升。相反地，能量流動在血管、星狀膠細胞與神經元之間，似乎正在進行動態的重組。換句話說，大腦送進去的「糧食」更多了，但神經元的「存糧」卻反而減少——錢花到哪裡去了？

研究人員提出數種可能解釋：神經元可能在REM期間大量消耗ATP，以支撐與記憶相關的突觸重組、海馬迴與大腦皮質之間的溝通，或是大規模神經迴路的切換。此外，星狀膠細胞向神經元傳遞代謝物質的機制可能發生了改變，或者粒線體的ATP生產模式出現了轉變。

在非REM期，大腦的能量調度則截然不同。非REM睡眠以δ波段的強烈神經活動為主，但也出現細微的θ波段波動；研究人員發現，這些θ波段的變化可以預測幾秒後的腦部血流量變化，顯示睡眠中的大腦確實能根據神經活動與代謝需求，動態調整血管反應。

這一系列發現，揭示的不僅是「為何作夢令人疲倦」，更觸及一個更深層的問題：生物大腦如何在極有限的能量預算下，進行如此高效的運算。有別於傳統電腦，動物大腦運作於嚴格的代謝限制之下，不是均勻分配能量，而是根據行為狀態、記憶需求與內在需求來重新分配能源流向。

主要研究員高橋裕介（Yusuke Takahashi）對此作出了充滿啟發性的總結。「了解大腦如何平衡能量供需，或許有助於解釋生物智能為何如此高效，」他說，「REM睡眠為我們提供了一個自然的例子，說明大腦如何重組其能量經濟，以支持複雜的內部處理。」

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