人类睡眠计划

2018-03-13

  


        Till Roenneberg认为,为了研究睡眠的本质和意义,科研人员必须收集上万、甚至是数百万人的实际的(real-world)睡眠数据。


睡眠是保障我们身体健康,保证学习和工作能够顺利开展的必备条件。可是现在在很多国家里,人们每天的睡眠时间要比他们在50至100年前的前辈们少1至2个小时。即便有很多人有机会睡觉,可他们还是睡不了。睡眠问题(Sleep pathologies)正逐渐成为一个新的社会化问题,据估计,受这个问题困扰的人仅仅在美国大约就有7000万(详见go.nature.com/6dgqhg)。在某些国家,因为睡眠问题导致的直接和间接的经济损伤已经接近了该国GDP的1%。虽然上面这些数字已经达到了令人触目惊心的地步,可是睡眠研究这个学科在今年所有接受美国国立健康研究院(US National Institutes of Health)资助的235个学科当中只排在了第91位,重要性还不如烟草研究。


科研人员在睡眠研究方面也做了大量的研究工作,在哪些神经递质、大脑的哪些区域与睡眠有关,以及生物钟(circadian clock)对睡眠和觉醒(wakefulness)的调控等研究方向上也取得了不错的进展。可是有很多非常基本的问题现在还是没有找到答案。比如,我们为什么要睡觉?睡多长时间才合适?该如何衡量以及如何预测睡眠的质量?遗传和环境因素与睡眠有关吗?


之所以会留下这么多的空白是因为我们目前对睡眠研究取得的大部分成果都来自于实验室研究。这类研究工作一般都是用小鼠或者仓鼠(hamsters)为试验对象,在人工的“白天、黑夜条件(light–dark cycles)”下开展的;或者是招募志愿者,让他们在实验室里(而不是在自家的床上),脑袋上贴上一堆电极,在固定的某几个时间入睡,开始开展试验工作。在这些研究工作中往往也只是问几个非常简单的问题,比如“你们一觉醒来之后感觉如何?”或者“你们睡的好吗?”等,然后通过受试者的回答来对睡眠做出检测和评价。如果要了解现实生活中的睡眠情况,要了解如何提高人们的睡眠质量、改善大家的健康状况,提升我们的生活质量,我们就需要开展一个有多个学科共同参与的“人类睡眠计划(human sleep project)”。


Till Roenneberg在德国慕尼黑大学(University of Munich in Germany)领导的一个课题小组就曾经对现实生活中的(非实验室)睡眠开展过一次研究。他们从2000年开始就一直在建立一个名为慕尼黑时间类型问卷调查(Munich Chronotype Questionnaire, MCTQ)的数据库,这个数据库主要调查并收录的都是与日常睡眠行为(daily sleep behaviour)有关的数据。他们也在报纸、广播电台和电视台等公共媒体上宣传过研究项目,希望大家都能够到他们的网站上填写调查问卷。问卷包括以下这几个问题,比如大家在什么时间上床睡觉?在什么时候准备入睡?什么时候醒来?什么时候起床?等等。大家填完调查问卷之后会收到一份反馈文件,这份反馈文件可以帮助大家了解到每个人的睡眠行为习惯和其他人都有哪些不同,这也是Roenneberg等人对网民们的积极支持表示的感谢。值得一提的是,他们的调查问卷还包括了工作日和休息日这两种不同的情况。目前数据库中已经收录了全世界15万多人的睡眠行为习惯数据。

Roenneberg等人对这些数据进行了分析,研究了人们睡眠的时间有多少,在什么时候入睡,这些睡眠行为习惯与人们的年龄、季节变换、居住的地点以及夏时制(daylight saving time)之间的关系。


他们发现,虽然人们现在在休息日的睡眠时间和十年前相比没有太大的改变,但是大家在工作日的睡眠时间平均要比十年前少了38分钟。


Roenneberg等人还发现在每天需要上学和上班的那部分人群中,基本上都存在在工作日睡眠不足、但是在休息日睡懒觉的情况,详见附图“缺失的睡眠”,在这部分人群中大约有80%的人在工作日需要闹钟的提醒。


这些发现都表明,在上学和上班的人群当中基本都存在人们称之为“社会性时差(social jet lag)”的问题,即每个星期都要在工作日和休息日这两个“时区”之间切换,在工作日这个“时区”遵循的是工作时间,在休息日这个“时区”遵循的是生物钟时间。


根据从调查问卷中收集的资料,发现很多人在休息日都会睡懒觉,但是在工作日却会睡眠不足,这种现象就是我们所说的“社会性时差(social jet lag)”。


在工作日里,在什么时候上床睡觉,在什么时候起床这些非自然的睡眠作息习惯是现代社会人们面临的最大的、也是最普遍的一个高危行为习惯。工作日时区和休息日时区其实也就只有一个小时的时差,但是由于这一个小时,却能够让人们超重和肥胖的机率增加33%。Roenneberg的课题组早在5年之前就已经发现了睡眠行为与代谢问题之间的这种关系。他们也对这种睡眠时差与吸烟、饮酒以及喝咖啡之间的关系进行了研究,结果发现香烟、酒精和咖啡这三种消费品的消耗量也都有所增加。他们还发现睡眠时差与抑郁症的一些症状也有关系,比如让人食欲降低、感到忧伤等等。


Roenneberg相信,MCTQ数据库的信息揭示的还只是冰山的一角。他们还要感谢互联网和个体监测设备(personal monitoring devices),正是因为这些科技进步才让他们有可能收集到数百万人的睡眠相关信息,而且这些信息还都是定量的、系统的信息。


为了改变人们对睡眠的认识,急需要进行一次大规模的数据收集工作。这需要数百万人到他们的网站上填写睡眠调查问卷,还需要数万人在网上记录每天的睡眠日记,数千人给他们上传个体监测仪记录的实时的睡眠数据。他们可能还需要部分人的DNA样品,以便他们一旦对睡眠表型有了更进一步的认识和了解,就可以寻找相应的遗传背景基础。


人类睡眠计划的核心目标就是找到简便易行、而又效果确切的指标,来替代以往在研究褪黑激素(melatonin)等生物钟标志物时采用的繁琐的电极记录,以及抽血或者采集唾液标本等检测手段。现在市面上已经有很多睡眠记录设备可供选择,比如可以记录人体活动和光照情况的腕表样的记录仪等,有一些设备也正处在开发阶段之中。还有一些设备可以借助手机来收集信息,还可以与手机进行信息交流,通过手机将信息上传到网络上等等。这些设备还可以监测皮肤的温度和导电能力(主要监测的是皮肤出汗的情况,以此来反应人体所处的应激水平)、呼吸频率、血氧饱和度、心脏电活动以及血压等生理指标。这些参数都能够帮助我们了解每个人的昼夜节律规律,知道每个人在什么时候睡着,睡得好不好。


拥有生物医药专业背景以及互联网和移动通讯技术背景的计算科学家是最紧缺的专业人才,他们能够凭借自身拥有的这些专业技能开发出合适的个人监测设备,同时还可以制定出一整套数据处理、上传以及存储的操作标准。如果在人类睡眠计划中使用这些先进的仪器,并且对记录到的第一手资料进行分析,就可以提出更符合实际情况的新的科学假设,然后开展试验进行相应的论证。这样也可以反过来促进个体监测设备更好的发展和完善。


我们应该记录来自不同的时区、一年当中不同时节,以及不同国家和地区人们的睡眠数据。而且要收集不同种族、不同人群的数据,最好还要包括来自不同文明(现代化)程度社会的数据,比如居住在大城市的人和居住在还没有通电的偏远地区的人的资料;还需要不同身体状况的人的资料,比如盲人、患有代谢性疾病的人以及从事需要轮班工作的人(shift-workers,即那种7×24式的工作)等不同群体的资料。


Roenneberg等人等人和巴西阿雷格里港大学医院(university hospital in Porto Alegre, Brazil)时间生物学实验室(chronobiology laboratory)的同仁们一起,对巴西Quilombos这个非洲裔巴西人(Afro-Brazilian)社区居民的睡眠、活动、光照和其他几个变量进行了研究。这个社区的居民不论是在文化上还是在遗传学上都是非常均一的。与此同时,巴西各地各个族群也有各自不同的生活习惯,这就给他们提供了一个非常好的机会,能够对近150年来的工业化进程对人们睡眠习惯的影响作用开展研究,能够对生活在还没有通电的农村居民和生活在现代化大都市的居民的睡眠情况进行比较。


他们这个人类睡眠计划大约需要花费3,000万美元的科研经费,他们计划向政府、本国以及国际科研资助机构申请资助。生物科技公司也有可能为他们提供资助,因为这些公司可以利用他们的研究成果来开发更好的睡眠记录仪(sleep-tracking devices)。这些设备对从事睡眠研究的科研人员,对从事睡眠相关疾病诊治的临床医生,甚至对希望改善睡眠质量的普通人,比如总是飞来飞去的空中飞人(飞行员、商业人士)等都具有非常重要的意义。


他们这个人类睡眠计划还可以帮助人们制定出更符合个人需要的作息时间表,不过也有人担心这样做会破坏整个社会的同步性。但是他们的MCTQ研究表明,在所有参加调查的人群当中,有44%的人的生物钟相差不过半个小时,即便在更大的范围内(77%的被调查人群),生物钟相差也不会超过3个小时。所以Roenneberg等人认为,如果这些人的工作时间表能够更加符合大部分人的生物钟,那么对整个社会的贡献应该会更大,对社会同步性的破坏几乎可以忽略不计。


Roenneberg相信,人类睡眠计划,以及该计划可能带来的睡眠行为方式的改变,将会以最行之有效的方式改善人们的身体健康状况,提高日常学习和工作的效率,以及生活的质量。今年8月,他们将借欧洲生物节律协会(European Biological Rhythms Society)召开大会的机会在德国慕尼黑进行一次预备会议。



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