一世就您的大脑而言，您一生中的大部分时间都是“您”。但这只有在对大脑的细胞损伤得到忠实修复以保持其长期完整性和特性的情况下才能得到保证。如果没有，“你”将开始转变为某人或某物——事实上，如果你的睡眠严重不足，你会很快变成这样。相比之下，那么认真地修复我们的其他器官和组织就没有那么重要了。事实上，正是 Manacéine 和其他人在最初的研究中出现的大脑损伤和出血，让我们第一次暗示睡眠主要是为了大脑。进一步的支持来自这样一个事实，即大脑吸收了我们整个身体使用的所有能量的20 % 以上，即使它仅占2%。其质量的百分之几。大脑需要的不仅仅是它的份额，因为它需要处理感觉信息和操作我们的身体，以及在我们睡觉时修复和重组这些神经网络。

忠实修复和神经重组的需求为开发睡眠定量理论提供了一个强有力的起点，因为它们与代谢率的关系。对睡眠日益增长的兴趣以及对其在良好健康中的核心作用的认识激发了许多研究，这些研究阐明了我们入睡的方式和原因。然而，出现的速度要慢得多的是一个全面的理论框架——一个既可量化又可预测的框架，用于理解我们为什么需要睡觉。是什么设定了睡眠时间尺度来解释为什么人类需要八小时，而大象只需要三个小时？修复和神经重组的相对作用是什么？随着我们从婴儿成长为成年人，这些会如何变化？我们需要一个框架来开始破解这些谜团。

新陈代谢由通过心血管系统从肺部输送到细胞的氧气提供燃料。在从老鼠到大象的所有动物中，从婴儿到成人的整个发育过程中，心血管系统都有一些共同的特征，可以在一个总体框架内描述和理解它们。这些特征是由于基本的生物学特性而产生的——例如最小化泵血的能力，需要分支网络跨越身体并喂养所有细胞，以及具有相似大小和结构的毛细血管，红细胞通过这些毛细血管流动以输送氧气到细胞。总之，这些特性共同创造了所有生物学中最普遍的模式之一，称为生物或异速生长缩放。

大动物比小动物需要的睡眠少，成年人比婴儿需要的睡眠少。简而言之，这意味着几乎所有的生理速率和时间——从寿命到人口增长到细胞周转再到怀孕——都以一种系统的预测方式随着体重而变化，在数学上称为“四分之一功率缩放”。例如，一头大象比松鼠重 10,000 倍，因此，由于这些缩放定律，它的寿命大约长 10 倍，生长速度慢大约 10 倍，细胞更换频率大约是松鼠的 1/10，并且花费大约分娩前怀孕时间长 10 倍。鲸鱼、长颈鹿、人类和猫可能看起来完全不同，生活在完全不同的环境中，但由于自然选择和共享祖先的持续过程，我们都遵循相同的基本规则、限制和权衡我们的大小。

尽管这些比例关系无处不在，但睡眠是一个显着的例外——事实上，正是这一点首先让我们对睡眠的功能有了新的认识，并需要以全新的方式分析数据。具体来说，虽然总睡眠时间会随着不同动物的体型或随着婴儿的成长而变化，但它并不遵循上述模式：睡眠时间不会随着体型而增加，而是会减少！例如，对缩放定律的天真推断会导致我们预期大象的睡眠时间是松鼠的 10 倍。但不仅大象的睡眠时间比松鼠少得多，差异大约是四到五倍，而不是 10 倍。同样，蹒跚学步的孩子比新生儿睡得少，而不是更多。

这个极其令人费解的结果与我们和其他人研究了几十年的所有生物时间相反，以不同的速度运行。经过反复摸索，我们得出了两个范式转换假设，可以解释这种困境。

首先，如果我们记得睡眠与新陈代谢的关系，那么大小和睡眠时间之间关系的倒置是有道理的。睡眠可以抵消能量产生造成的损害，睡眠也是反应性的通过对从环境处理的信息进行编码所需的神经重组来刺激。此外，修复的抵消工作和重组的反应工作，每一个都以本身由新陈代谢决定的速度发生。虽然整个身体的代谢率随着动物的大小而增加——无论是观察不同大小的物种，还是随着我们长大而增加的大小——根据异速生长比例关系，它这样做会导致每克组织的代谢率下降与体型。因此，当动物较大时，它对固定体积的组织或细胞的损伤较小。因此，它需要更少的能量和更少的睡眠时间来完成修复。

其次，如果代谢率不是由整个身体设定的，而是由身体的某个部分以相对于身体尺寸。这让我们回到大脑：与大多数其他器官和组织（如心脏）不同，长期以来人们一直观察到，大脑的大小随着不同物种的体型和婴儿的成长而呈非线性变化。这意味着，例如，大象的大脑仅比松鼠的大脑大 1,000 倍，而不是我们从其他器官和组织观察到的体重线性缩放所预期的 30,000 倍比如心脏。

文章来源：《经济科学》 网址: http://www.jjkxzz.cn/zonghexinwen/2021/1009/935.html

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