《變形記》:時差與生理時鐘——腦能輕易含括天空, 也含括你

《變形記》:時差與生理時鐘——腦能輕易含括天空, 也含括你
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我們想讓你知道的是

時差之所以存在,是因為每當我們進入新的光暗節律中,身體具備能讓調適過程變慢的煞車裝置。那是一種抗拒改變的形式:身體謹慎地變換到新節律,正是這種謹慎讓我們無法迅速適應新的周遭時區。

文:蓋文・法蘭西斯(Gavin Francis)

時差——包含天空的腦

腦比天空開闊,
因為若將它們並列在一起,
腦能輕易含括天空,
也含括你。
——愛蜜莉.狄金森(Emily Dickinson)

我曾經在南極研究站住了一年,擔任基地醫師,由於冬季地球自轉軸傾角的緣故,南極洲大陸幾乎有四個月暗無天日。但那裡並非永遠黑暗,有許多東西值得一看,而且天空總是不停在變換[1]。一出哈雷基地,我開始習慣抬頭仰望星辰和行星的轉輪,流星雨或人造衛星的緩緩移動。冰層經常有月光照耀,在那樣的緯度,每週、有時甚至每天都可見到極光深邃壯麗的光輝照亮天空。仲冬時節大約有兩個月陷入黑暗,我們會升火另增光源。我們堆起木製條板箱,點火燃燒。

用在冰上燃起的篝火給自己保暖是獨特的經驗。腳底下浮動的冰棚厚達數百公尺,固定於海岸線,是數千年來落在南極洲的積雪所構成,像冰河一樣緩緩流動,注入威德爾海(Weddell Sea)。火焰蓄積的熱度使緊實的雪溶化滲出,讓火坑陷入不知年代的冰層中。從基地南邊可以看見朝南極方向升起的大陸輪廓,巨大的量體矗立在星辰和極光下,彷彿在行禮。我們在仲冬夜裡背對著它,拿著啤酒瓶向火,以免啤酒凍結。接連幾個小時沐浴在光和熱中,我們試著不去想自己是在多麼怪異的環境裡生活著,又離所愛的人有多遠。

對某些人來說,那年冬天是多年來特別難挨的一次。睡眠變得無法安寧和重振精神,身為智人的我們,最能適應的是熱帶天空的節奏,而連月缺乏日光使我們身體的時鐘錯亂。基地的一些夥伴遭遇到了「自主生理時鐘」的問題,也就是身體內在節奏失去了與天空二十四小時時鐘的連結,轉而遁入一個周期較短或較長的內在時鐘。自主生理時鐘可能會導致永久時差的困惑和疲累感,因為身體試圖追上一個比二十四小時更短或更長的節奏。

身體的內在時鐘稱作「circadian」,拉丁文意指「大約一天」,以夜間腦部松果體分泌的褪黑激素為其特點。當我們處在溫帶或熱帶地區,松果體自身的節奏是藉由光亮與黑暗的交替來校準。在沒有自然光的極區冬季,天生是早起者的松果體內在預設一天只有較短的二十二小時或二十三小時,而晚起者則預設為二十五或二十六小時[2]。

當你的生理時鐘節奏跑得比二十四小時快或是慢,要按表起床或試著按表入睡,便會讓自己與基地的節奏不同步。可是照自己喜歡的時間睡覺,卻會打亂基地的慣常程序,破壞這個小型社會的脆弱和諧——在孤立的十個月期間,南極基地裡只有我們十四個人。身為醫師,我的任務是照顧好基地裡的每個人,但也包括做研究,看看利用額外的燈箱補充暗淡的螢光,在冬季期間交替使用白光和藍光,是否能讓每個人的生理時鐘保持準時。

生理時鐘節奏影響到的不只是醒來和入睡,還支配著體溫、血壓和我們身體從生化到心理層次的若干面向。光是塑造我們時間感的最佳刺激物,但醒來後的運動和嚴格的三餐時間也有幫助(肝臟具備與習慣的三餐時間校準的生理時鐘,就像腦的時鐘是藉睡眠周期來校準)。松果體會藉由神經節細胞得知季節訊息和周遭光照情況,這些細胞存在於交織錯綜複雜的視網膜內,進到稱作「視交叉上核」的原始腦部位。這些神經元是「第三隻眼」,使身體以完全無意識的方式知道日夜的推移,對於光譜的藍色端反應更佳[3]。

室外氣溫雖然達到零下五十度,但每天「下午」我會去滑雪,就在環繞三公里長的基地外圍一條有標記的路線上。如果看得見月亮,我會藉月光滑雪,沒有月光就靠星光。有時我也會藉極光滑雪。藉著每天在相同時間將光收入眼內,我希望能說服我的腦,一天的形式仍然存在。


地球上最簡單、最古老的生物藍綠藻也具備生理時鐘的節律。晝間,特殊蛋白質如陽傘般聚集到它們的DNA上方,以防太陽輻射造成傷害(這些蛋白質在夜間會移開,好讓DNA運作)。原始海洋裡最早出現的生物的活動節律,可能比我們現今習慣的節律短,只有二十二小時。因為在牠們最初演化出來那時,地球的轉速比較快。由於當時沒有臭氧層,保護DNA不受未過濾的酷烈陽光傷害更為重要。掌管我們身體時間感的基因,似乎有許多是從與保護和修復DNA之古老周期有關的原始蛋白質演化而來。

我們的許多細胞,不只是在松果體或肝臟的那些,都擁有所謂的「分子振盪器」,會對它們表現的基因顯示二十四小時的模式,並在晝間有不同的電活動。分子層次上的身體關乎化學,就一般通則而言,化學反應在高溫中較快,低溫中較慢。但生理時鐘基因和它們所表現的蛋白質可以不顧背景溫度而對準時間,這對昆蟲、植物以及其他無法控制體溫的生物來說至關重要。

時差之所以存在,是因為每當我們進入新的光暗節律中,身體具備能讓調適過程變慢的煞車裝置。那是一種抗拒改變的形式:身體謹慎地變換到新節律,正是這種謹慎讓我們無法迅速適應新的周遭時區。倘若生理時鐘可以輕易快速地重新設定,那麼我們的先祖可能會因為滿月,或是在圍繞在舊石器時代的火堆、享受深夜時光時陷入失常狀態。

但我們的生理時鐘必須能夠改變,要是少了這種可塑性,我們絕對無法從熱帶遷徙到溫帶和極區緯度這些在春分或秋分前後、日出和日落時間迅速變化的地方。身體時間感的適應性讓人類得以在緯度跨幅極大的距離移動,就像現在它促進了噴射時代的經度改變。