夢的科學：解析睡眠中的大腦

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宋文理（輔大心理學系教授）

吳英璋（台大心理學系教授）

洪　蘭（中央大學認知神經科學研究所）

楊國樞（台大心理學系名譽教授）

睡眠的科學研究解開了許多我們自己每天經驗到情境的謎，使我們更能利用身體的生理狀態去趨吉避凶……這本從實驗證據來闡述最新大腦睡眠知識的書就很值得大家好好讀一讀。──洪蘭

條理分明、極為吸引人的科普著作。──出版家周刊

探索大腦和心智的有趣著作。──克爾庫斯書評

第一章　發現快速動眼期

我們對夢的體驗很真實，因為夢是真的……神奇的地方在於：大腦不靠感官幫助，就在夢中複製出所有的感官資訊，從中創造出我們清醒時所生活的世界。

——迪蒙特

　　在一九五一年秋天，阿瑟林斯基已經走投無路了。他在芝加哥大學一間地牢似的實驗室裡，替他八歲大的兒子亞蒙接上電線，以便透過電極記錄他睡眠時的眼部運動和腦波。此刻他著手做的實驗非得有成果不可，這樣他才能拿到學位、找到工作。阿瑟林斯基是個畢不了業的三十歲老學生，拿到的大學課程學分多得足可榮登金氏世界紀錄，卻只有高中文憑；他想盡辦法，要讓他兒子和懷孕的妻子滿足基本的日常需求，他們居住的公寓刻苦之至，唯一的取暖裝置是個圓桶型暖爐。乍看之下，此人似乎沒有能耐作出這樣重大的發現——對睡眠中的腦部活動提出革命性的科學思想，為一場漫長的研究冒險之旅開先河——這項研究將會提供洞見，幫助解答心靈如何從事由學習到情緒調節的每一件事。

　　不過，阿瑟林斯基不是個普通的學生；至少可以說，他從很小的時候就過著不符常規的生活。他出生後不久就失去了母親，所以他是由父親在布魯克林區獨力帶大的；他父親是個遊手好閒的俄國移民，本行是牙醫，然而他真正的心之所向，是在深夜牌樸克戲裡「讓人跟自己的財富分離」。阿瑟林斯基才上小學就已經鋒芒畢露，顯然特別聰明，所以他爸爸叫這小男孩來當他的作弊伙伴。他們一起發展出一套暗號系統，在玩樸克牌戲時從無數個毫不起疑的傻瓜身上大賺一筆。因為牌戲通常會延續到午夜過後，阿瑟林斯基常常蹺課補眠。實際上，大約三分之一的學年他都缺席。然而在經濟大蕭條時期，學校督察往往會忽略缺席問題，他的課業表現又傑出到讓他可以跳級。他在十五歲時進入布魯克林學院，很快又轉學到馬里蘭州立大學，他在那裡設法選修各式各樣的課，從西班牙文到牙醫課程都包括在內，但在第二次世界大戰讓他投筆從戎之前，他卻沒拿到任何一個學位。

　　他從軍派駐英國時負責處理強烈炸藥；歸國以後，他的朋友讓他認清，在巴爾的摩當公務員供養妻子與兩歲兒子亞蒙，實在是浪費他的才華。所以他申請芝加哥大學的研究所，那裡素有名聲，為了招收才華初綻的學生，願意曲解入學規定。而他顯然符合這種條件。黑髮小個子、留著大衛尼文式八字鬍，甚至在研究室也酷愛西裝領帶正式裝束的阿瑟林斯基，往後都津津樂道，他是憑一紙高中文憑直攻博士，中間沒拿過別的學位。

　　可是當他抵達芝加哥的時候，他發現生理學系裡唯一能指導學生的教授就是克雷曼，世界上第一個、也是唯一一個把整個職業生涯都奉獻給睡眠研究的人。克雷曼是來自俄國的移民，後來活到一百零四歲的高齡，他對工作投入到願意整個月都在肯塔基州某個洞窟裡的地下室生活，只為了知道在缺乏環境線索來判定日常時間的狀況下，是否能把身體的自然循環轉變成二十一小時或者二十八小時一天。（他研究的結果是不可能；我們的身體有內建的時鐘，天生就設定成二十四或二十五小時的睡眠與清醒循環。）隨後，他也在他自己的睡眠剝奪實驗裡充當白老鼠，一連一百八十小時沒睡覺，這個實驗讓他做出結論：剝奪睡眠可以當成有效的酷刑。

　　阿瑟林斯基熱愛生理學，但他對睡眠研究本來沒有特別興趣。他形容克雷曼是「一個有著灰髮、灰臉，還穿著灰色工作服的男人」；他發現這位老師通常藏身在緊閉的辦公室門後，每次他去敲門都顯得很不高興，此後他對自己的前程就更缺乏熱忱了。克雷曼可能也不認為他會是很好的研究生助理，不過就如同阿瑟林斯基漠然的觀察，選擇研究生助理的主要條件就是「要挑個有心跳的人」。既然阿瑟林斯基在這方面確實合格，克雷曼立刻給他一個研究目標：觀察睡眠中的嬰兒，看看眨眼動作是漸漸停止、還是在入睡的瞬間驟然停止。

　　阿瑟林斯基花了好幾個月追求這個目標，卻毫無成果，他鼓起勇氣敲了他口中那一扇「令人害怕的門」，建議進行一個不同的研究計畫：研究睡眠者整夜的眼球活動。他曾經觀察到受試者在睡眠中，閉著的眼瞼底下有旺盛的眼球活動，他納悶著這些活動到底是偶發的，還是有某種模式與目的。讓他訝異的是，克雷曼同意這個變更，建議阿瑟林斯基把這個計畫當成博士論文的可能主題，還提及有一台舊的多參量心理測試儀（俗稱測謊器），存放在生理學大樓的地下室，他或許可以用來記錄受試者的眼球運動、腦波，以及其他的生理活動參數。阿瑟林斯基充分體認到自己面對極大的風險：如果這些實驗沒有產生任何值得作為博士論文主題的新數據，他就會重蹈大學時代的覆轍：取得大量學分，卻沒得到任何學位；無論如何，他決定著手進行。

　　他後來表示：「根據我那套反智的『黃金堆肥』發現理論，一項研究如果在任何細節上都精確得可怕，同時又焦點明確，就幾乎一定會揭露某個前所未知的科學金礦。」「我眼前面對一個賭局。勝算在於：既然過去沒有人確實仔細檢視過成人在一整夜睡眠裡的眼部活動，我總是會有所發現。當然，那個發現的重要性，會決定我是否能贏得這一局。」

　　就像他爸爸曾經徵召他一起合作，阿瑟林斯基在他自己的賭局中，也徵求他兒子亞蒙的幫助。從二年級開始，這個小男孩開始把無數時間耗在實驗室裡，一開始是作為一個受試者，後來是幫助他父親架設、調校給其他睡眠實驗受試者用的破爛記錄儀器。

　　「那個實驗室可怕得很，又舊又暗，還是石頭砌的牆，那個機器也是老古董，所以老是壞掉。」現在已經是臨床心理學家的亞蒙如此回顧：「為記錄程序做準備並不是舒服的事，我也不喜歡延續整夜的實驗，可是我知道爸爸需要幫助，而且他會跟我談起他的發現，又總是很認真看待我說的話，這讓我受寵若驚。」

　　阿瑟林斯基從阿巴特館地下室搶救出來的廢棄測試儀，最後成為同類儀器中的先驅。這種儀器透過貼在受試者頭上的電極，篩揀出眼球運動和腦波的訊號，然後藉由好幾枝筆把這些電流訊號轉換成一長條紙張上的墨跡。記錄一晚上的睡眠過程會耗掉半哩長的紙張。

　　這種記錄腦內電流訊號的技術，從二十世紀早期就已經問世，當時的一位德國神經心理學家伯格，就能夠記錄受試者閉上眼睛保持放鬆但清醒時的腦波活動。他觀察到這些腦波圖的型態，在睡眠開始時顯示出一致的變化；一九三○年代在哈佛進行的後續研究，進一步區分出清醒和睡眠腦波的不同型態。然而，沒有人曾經像阿瑟林斯基一樣，嘗試記錄整夜的腦部和眼球活動，大半原因在於克雷曼和其他人誤信睡眠只是一種次要狀態，睡眠時腦部除了維持基本身體機能以外，沒做什麼重要的工作。

　　在阿瑟林斯基把亞蒙接上電極，觀察整夜的睡眠過程時，他震驚地發現記錄筆週期性地停止，畫下緩慢的波形——此時畫下的甚至不是睡眠早期階段的那種波形，而是開始瘋狂地勾勒出清醒時刻會出現的尖銳波浪起伏。這種發現抵觸了主流科學觀點——睡眠中的腦部基本上是停止運作的，而且保持在這種被動狀態——因此阿瑟林斯基起初假定測試儀只是故障了。在徵詢過機械專家（包括他使用這種機型的設計者）之後，他發展出一種分別記錄兩眼活動的方法，並且證實了他觀察到的不尋常模式確實無誤。

　　他在成人受試者身上重複這些實驗，不只發現他在亞蒙身上看到的同類劇烈起伏模式，還確認了這些波形在整晚當中，以鐘錶般的規律性出現四到五次，也跟睡眠者閉合眼瞼下明顯可見的快速動眼同時發生。把所有的證據放在一起看，阿瑟林斯基懷疑他看到的實際上是正在進行的夢。某次他叫醒一個在睡覺的男性受試者，因為這位受試者在一陣狂亂到幾乎讓筆從儀器上脫落的快速眼球活動之後，開始大叫出聲。此事更堅定了他的直覺判斷。隨著研究進行，證據堆積如山：如果受試者在快速動眼時被叫醒，他們幾乎總是能憶起鮮明的夢境。但如果他們在沒有快速動眼時醒來，就鮮少記得任何事。

　　在阿瑟林斯基第一次呈上他從這種怪異睡眠階段（他開始稱之為快速動眼期，簡稱REM期）裡所得到的結果時，克雷曼相當懷疑。然而，這一大堆證據的一致性引起這位前輩的興趣，他逐漸地相信了，他指定另一個實驗室助理幫阿瑟林斯基製作REM紀錄。但在一九五三年的一場科學會議裡初次公開新資料之前，做研究向來以挑剔出名的克雷曼想親自觀察實驗程序，以他自己的女兒作為受試對象。當她在睡眠中體驗到同樣規律形式的快速動眼時，克雷曼認為此案已證據確鑿。一九五三年，REM實驗在備受敬重的《科學》期刊上發表了，克雷曼也給予阿瑟林斯基最終的肯定：克雷曼也名列為共同作者，但排名在阿瑟林斯基後面。

　　人在睡眠中到底發生了什麼事？這個具備劃時代意義的研究，迫使科學家徹底重新思考他們所做的預設。跟他們原來想的不同，大腦完全不是整夜閒閒沒事幹，而是定期地活化到一種跟意識清醒差不多的強烈放電狀態。腦部在這些快速動眼期間到底在幹什麼，仍然是一個謎，但作夢毫無疑問是答案中重要的一部分。

　　一九六○年代成了夢研究的黃金時期，此時來自許多學科的研究者都湧入這個新領域，交流意見——某些意見確實相當天馬行空——就像是爵士樂手的即興合奏，不過是發生在科學界。但在初期，快速動眼睡眠發現後所帶來的無數問題，幾乎是由迪蒙特個人一肩扛起尋求解答的重責大任；他在醫學院二年級的時候出席了克雷曼的一場演講，就此迷上了睡眠研究。

　　充滿熱情的迪蒙特在一九五二年到克雷曼辦公室敲那扇惡名昭彰的緊閉門扉，想問問看他可不可以在他研究室裡當助理；那時克雷曼從門裡往外覷，詢問迪蒙特對睡眠是否略知一二，這位年輕醫科學生老實地回答他一無所知。克雷曼只說了一句「讀我的書吧」，就用只比摔門稍遜一籌的力道關上大門。迪蒙特很快地讀了該讀的書，然後加入克雷曼的研究室，他在那裡幫助阿瑟林斯基完成REM睡眠記錄實驗，這個研究最後終於讓阿瑟林斯基拿到他等待已久的學位。

　　可是不久之後，迪蒙特就開始單打獨鬥了，因為阿瑟林斯基一完成REM實驗後，就迫不及待地離開芝加哥大學。雖然阿瑟林斯基的發現起初確實讓一般大眾興奮了一陣，卻無法為他帶來名利。他覺得帶著支票回去養家活口的壓力愈來愈迫切，就在一九五三年夏天接下找上門來的第一個職位，在西雅圖為漁業局工作。他在那裡指導實驗，觀察是否能夠藉由導入水中的電流控制鮭魚的活動。雖然這跟睡眠研究相距甚遠，畢竟還是一個工作，阿瑟林斯基當時很高興能夠放下睡眠記錄實驗的種種累人需求。

　　在芝加哥的研究室裡主導睡眠研究，讓迪蒙特戰戰兢兢。他跟克雷曼或阿瑟林斯基不同，篤信佛洛伊德的理論：夢的詮釋就是理解心靈無意識活動的「捷徑」。迪蒙特在《睡眠守望者》一書中記錄他剛開始研究夢的早期生涯，他寫道：「佛洛伊德精神分析在一九五○年代似乎滲透了社會的每個角落，而我是個充滿熱忱的學徒。」佛洛伊德的理論指出，如果沒有夢作為出口以宣洩原欲的能量，精神病可能在清醒狀態下爆發；因此，迪蒙特在一間州立病院裡熱切地展開對精神分裂症患者的REM研究，看看他們的心理疾病是不是因為無法作夢而產生。這個理論沒有得到證實；腦波圖結果顯示，他們都有正常的REM週期，也都報告曾經作夢。

　　然而迪蒙特沒有氣餒；他還有許多其他的理論與懸而未決的問題可以研究。在他最後幾年的醫學院生涯裡，他每星期花兩個晚上在克雷曼的研究室裡做睡眠研究，以便更精確地定義出REM和其他睡眠階段的特徵。這些不眠之夜，再加上身為醫科學生的其他課業要求，讓他經常在第二天上課時在教室後排睡著（這個問題曾經讓他被迫去系主任辦公室報到），然而最終結果讓他的種種困擾值回票價。

　　他和克雷曼在一九五七年發表的論文裡，描述了REM和其他睡眠階段的特徵，這篇論文在未來數十年裡，為大多數醫學教科書中關於睡眠和夢的資訊奠定了基礎；而且迪蒙特對夢研究的熱情充滿了感染力，這也幫助推動了美國和歐洲其他研究室的同類研究。

　　迪蒙特小心翼翼地記錄整夜的腦波圖，然後發現健康的成人會經歷一連串可預測的睡眠階段，這些階段隨後區分成五個標準睡眠期。在放鬆的前睡眠期，我們開始濾掉噪音和其他外在影響，我們的大腦產生節奏規律的阿爾法波（α），這是大腦在打坐冥想時產生的同一種波形，這種平靜狀態裡缺乏有意圖的思緒。然後我們進入睡眠階段一，也稱為睡眠初期，此時我們可能會經歷到所謂的入睡幻覺：短暫、像夢一般的視覺幻象，其來源通常是白天的經驗。緊接而來的是階段二，這段淺眠期長度在十到三十分鐘之間，等到腦部活動調低到大而緩慢的德塔波（δ）時，顯示進入了第三或第四階段的深層睡眠，稱為慢波睡眠。晚上我們可能在任何睡眠階段說夢話，但夢遊通常都是發生在慢波睡眠時，這是最深沈的睡眠階段。

　　經過十五到三十分鐘的深層睡眠後，我們回到前兩個階段，並且進入第一個REM期，此時我們的腦波轉變成一種短促、迅速的型態，很類似清醒的腦部活動。當我們處於REM狀態時肌肉是完全放鬆的，雖然眼睛在轉動、手或腳可能偶爾抽搐，我們基本上處於癱瘓狀態，所以身體無法照著夢境做動作。雖然如此，我們在生理上來說是極為活躍的：呼吸變得不規律，心跳率增加，不分男女生殖器官都會充血。從清醒狀態進入REM狀態通常需要五十五到七十分鐘，隨後每隔大約九十分鐘會出現一段REM狀態。夜晚前半段由慢波睡眠主導，REM期可能會短到只有十分鐘，但隨著時間流逝，非REM睡眠會變得少些，REM期則會變得比較長，到早晨將至前可能從二十分鐘延長到將近一小時。一般認為，成人在夜晚的睡眠中有將近四分之一是處於REM狀態，另外四分之一屬於深層睡眠，剩下一半則是第二階段的淺眠。

　　或許最重要的是，在迪蒙特、克雷曼和阿瑟林斯基的早期REM實驗裡顯示，受試者從REM狀態中醒來時，更有可能記住夢境：從REM狀態醒來的人有百分之七十四回報作了夢，在非REM狀態下作夢比率卻低於百分之十。這些初步結果讓迪蒙特和其他研究者做出結論：作夢完全發生在REM睡眠時，而他們在非REM睡眠中得到的極少數夢境報告則可以排除掉，視為從稍早REM期裡回想起來的夢境片段。

　　這個被大多數人採納的預設——REM睡眠等於作夢——為夢研究這個新領域注入生命，而且迪蒙特還很有效地宣傳這項福音：有史以來第一次，我們有可能在夢境進行時實際而精確地觀察它。迪蒙特在同時拿到醫學學位和生理學博士以後，在一九五七年離開芝加哥到紐約市去，他在那裡進行夜間的夢研究，同時在西奈山醫院完成他的實習及住院醫師訓練。為了進行他的夢研究，同時又不必夜復一夜遠離妻子，他把自家公寓的一部分改裝成睡眠實驗室，還刊登廣告招募受試者。一位無線電城「火箭女郎」舞團成員湊巧看到這則廣告，她向舞團裡的其他人說起這件事：只要在迪蒙特的研究室睡覺就可以賺錢——這個點子對於許多年輕女子來說都很有吸引力。雖然這個研究完全是光明正大的，隨之而來的日常工作卻讓迪蒙特在他那棟公寓大樓裡招來不少好奇眼光，因為固定有一群女人直接從歌榭舞台來到這個實驗室，做她們的夜間工作。

　　迪蒙特回憶：「總會有個還化著舞台妝的可人兒抵達這棟公寓大樓，然後問門房我房間在哪裡。到了早上她會再度出現，有時候會跟我的某位男性同僚一起走出來，他整夜都在監控腦波儀，沒刮鬍子又累得要死。有一天，門房終於再也受不了了。他質問：『迪蒙特博士，你的公寓裡到底在搞什麼啊？』我只是笑一笑。」

　　在他的公寓裡、還有愈來愈多其他實驗室裡所發生的事情，就是他們興奮地侵入了一個還沒有地圖的新領域，此時迪蒙特和其他人利用各種充滿創意的實驗，試圖理解夢是如何創造出來的，還有夢是怎麼跟我們的白晝生活連結起來的。因為蘇聯藉由發射衛星「史普尼克」，在太空研究方面打敗了美國，在一九六○年代初期，政府對於各種基礎科學研究的資助突然間變得非常大方，夢研究正是其中一個受益對象。光是一九六四年，國家心理衛生研究院就資助超過六十個對睡眠或夢的研究。從紐約到波士頓、從華盛頓到辛辛那提，還有維吉尼亞州、德州與奧瑞岡州的校園，各地研究者都被吸引到這個熱門的新領域裡；在此已知的事實甚少，所以不管他們選擇什麼題材來研究，都很可能有新的收穫。

　　這個領域裡有無數刁鑽的問題有待解答，研究者可以發明無限多種創新的方法來取得結果。夢的內容能夠被操縱嗎？迪蒙特是第一個嘗試這麼做的人，他在受試者處於REM睡眠時敲響鐘聲，但在兩百零四次測試中，只有二十個夢的情節實際上包含了鐘聲。研究者對受試者灑水、還有（這是比較晚近的做法）用血壓計擠壓REM期受試者的手臂，這些方法取得了有限的成功，然而大多數作夢的人還是無視於這些操縱。在這些狀況下，真實世界的刺激如果確實穿透了我們的感官障蔽，就會迅速而巧妙地整合到夢正在進行的情節裡。舉例來說，一個睡覺時被人噴了水的受試者，可能會報告他的夢境背景裡出現了一陣驟雨，不過夢本身的情節並沒有戲劇性的變化。

　　睡眠前的經驗——像是在睡前給受試者吃香蕉奶油派或比薩，卻不給他水喝，以便觀察他們是否會一直夢到口渴；或者讓他們看暴力或情色影片——這些經驗對夢境的內容也都沒有顯著影響。作夢的腦看來是極有獨立精神的導演，在他們的夜間內在劇場演出裡，仰仗某些還未解碼的判準來挑選角色、布景和情節。

　　其他實驗者證實，甚至連那些聲稱沒作夢的人，實際上也在夜間編織夢境場景。如果在REM還在進行時叫醒受試者，他們會記得他們的夢，但如果他們在REM階段結束之後幾分鐘才被叫醒，關於夢的記憶通常會消失。然而有另一個研究，探詢在夜間不同時刻做的夢是否也會有差異，結果發現夜晚初期的夢圍繞著作夢者現在的生活事件打轉，然而夜愈深，夢中就會包含愈多來自過去的事件和人物。

第一章　發現快速動眼期

我們對夢的體驗很真實，因為夢是真的……神奇的地方在於：大腦不靠感官幫助，就在夢中複製出所有的感官資訊，從中創造出我們清醒時所生活的世界。

——迪蒙特

　　在一九五一年秋天，阿瑟林斯基已經走投無路了。他在芝加哥大學一間地牢似的實驗室裡，替他八歲大的兒子亞蒙接上電線，以便透過電極記錄他睡眠時的眼部運動和腦波。此刻他著手做的實驗非得有成果不可，這樣他才能拿到學位、找到工作。阿瑟林斯基是個畢不了業的三十歲老學生，拿到的大學課程學分多得足可榮登金氏世界紀錄，卻只有高中文憑；他想盡辦...

導　讀　睡眠不只是休息－－洪蘭
前　言　我們為什麼要浪費時間睡覺？
第一章　發現快速動眼期
第二章　反對佛洛伊德
第三章　夢的意義和記憶的祕密
第四章　夢的生物功能
第五章　在睡眠中學習
第六章　夜間的心理治療師
第七章　組織資訊的高手
第八章　創造性的混亂
第九章　清醒夢
第十章　意識與意識之外
跋

導　讀　睡眠不只是休息－－洪蘭
前　言　我們為什麼要浪費時間睡覺？
第一章　發現快速動眼期
第二章　反對佛洛伊德
第三章　夢的意義和記憶的祕密
第四章　夢的生物功能
第五章　在睡眠中學習
第六章　夜間的心理治療師
第七章　組織資訊的高手
第八章　創造性的混亂
第九章　清醒夢
第十章　意識與意識之外
跋