關(guān)于睡眠是如何演變的和為什么需要睡眠這兩個問題，這篇文章融合了許多建議和觀點，給出了令人信服的答案。

為什么出現(xiàn)睡眠

1、最早的動物行為分化成白天行為和晚上的行為可能是由于溫度以及光線對視力影響的差異。日夜行為因為總生態(tài)系統(tǒng)的“行為”而產(chǎn)生進(jìn)一步分化。(其他動物也有日夜周期。)因此，日夜最優(yōu)的生存策略是不同的，動物會為了適應(yīng)24小時的周期而同步他們的生存策略。

2、很多證據(jù)證明，復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng),尤其是大腦,執(zhí)行和受益于內(nèi)部維護(hù)活動。其中的一些維護(hù)活動,如“突觸網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定,“發(fā)生在細(xì)胞水平上。其他人,如記憶鞏固或擬議的記憶大腦區(qū)域之間轉(zhuǎn)移,發(fā)生在整個大腦的水平。

3、大腦的內(nèi)部維護(hù)破壞最優(yōu)行為反應(yīng)。動物不能充分警惕捕食者,而其大腦做內(nèi)部管理。例如,記憶的鞏固需要與當(dāng)前無關(guān)的信息在大腦的組織流程的管理下準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移。當(dāng)然醒來后昏昏沉沉的狀態(tài)不能最優(yōu)地抵抗一個攻擊者。由于這個原因,當(dāng)動物進(jìn)入一個外部環(huán)境時(如尋找食物,尋找伴侶,等等)，進(jìn)化壓力的壓力使動物推遲內(nèi)部維護(hù)活動,以減少傷害的風(fēng)險。

4、這些延遲維護(hù)活動在某一個時刻發(fā)生。為了優(yōu)化生存,生物為他們安排時間將是安全的,包括找到一個安全的地方和啟動所有并行維護(hù)活動。這引發(fā)了所有推遲的維護(hù)活動時間同步性。

總的來說,這四個環(huán)境和生物壓力導(dǎo)致為了于24小時白天/黑夜周期同步的外部交互行為和內(nèi)部維護(hù)活動的分歧。它們進(jìn)一步鼓勵所有推遲內(nèi)部維護(hù)活動同步和并行執(zhí)行——換句話說,睡眠。

日夜生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)別,很自然的是，在24小時的周期中的某個階段有生存優(yōu)勢的動物會在其他階段進(jìn)行睡眠。“日行”動物是專門適應(yīng)白天的環(huán)境的,而“夜行”的動物(如貓、袋鼠和貓頭鷹)是晚上活動而白天睡覺的。然而,一些動物則表現(xiàn)出其他活動模式,如“黃昏”動物,活躍在白天和黑夜邊界(即在黎明和黃昏)。

為什么需要睡眠

鑒于我們已經(jīng)形成的常規(guī)睡眠,問題來了:為什么睡眠如此重要?

似乎沒有一個單獨的睡眠活動是睡眠的原因。因為動物中24小時的睡眠/喚醒周期模式已經(jīng)存在了很長一段時間——所有已知的動物有靜止周期——已經(jīng)存在數(shù)億年的睡眠有多種用途。

在細(xì)胞水平上,消除有害自由基和加強(qiáng)或重建組織。

睡眠對大腦有很多益處。

1、恢復(fù)神經(jīng)細(xì)胞生化反應(yīng)。

2、重新調(diào)節(jié)突觸的連接優(yōu)勢大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以方便第二天更容易學(xué)習(xí)。這可能包括重組活動(也就是突觸的生長)。

3、鞏固(即重組和重組)記憶。

4、從記憶專區(qū)、快速學(xué)習(xí)的大腦區(qū)域——海馬體轉(zhuǎn)移記憶到高容量，認(rèn)知能力更為強(qiáng)大的區(qū)域——大腦皮層。

根據(jù)詹姆斯·M·克魯格2008年說的話：

在整個動物的行為層面，睡眠功能似乎清晰;熱量保存，性能恢復(fù)，(人類)影響睡眠之后變得更加積極的。這樣的結(jié)果導(dǎo)致了普遍承認(rèn)睡眠恢復(fù)大腦功能。

睡眠是一個多樣化的和分散的現(xiàn)象

可以在動物物種中發(fā)現(xiàn)各種睡眠模式。有些動物(如昆蟲和魚)靜止但不完全“睡著”(即不活躍)。在鯨類(即鯨魚和海豚)的睡眠并不規(guī)則，每次睡覺只有一半的大腦在睡一到兩個小時。熊,蝙蝠,和一些嚙齒動物冬眠,這是一個在冬季持續(xù)數(shù)周或數(shù)月靜止而充足的睡眠時間。杰羅姆·M·西格爾(2008)評論了這些動物睡眠的現(xiàn)象。

克魯格 2008年綜述了睡眠在大腦的功能和機(jī)制,并提出了大腦的睡眠不是通常被認(rèn)為的是一個集中的過程,而是分散的內(nèi)在神經(jīng)組織的過程。這個過程由神經(jīng)組織以分散的方式啟動睡眠并傳播,直到它接管整個大腦,就像一個社會群眾運動。同時也討論了進(jìn)化的壓力分區(qū)活動的白天/晚上周期問題。