宵夜就跟孟婆湯一樣,容易讓人記不住K書的內容

宵夜就跟孟婆湯一樣,容易讓人記不住K書的內容
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我們想讓你知道的是

還在為自己找一個抗拒宵夜鹽酥雞的理由嗎?不想要讓自己忘記剛剛才念完的書也許是個好答案。

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良好的睡眠對學習的重要性是目前主流的學說,而且已經廣為人接受。在知識大爆炸的時代裡,也很容易搜尋到這類的文章,其中不乏文章提及生理時鐘對學習有影響,並建議出24小時的早鳥學習行程表;成年的家長們可能看了點頭表示認同,但年輕學子們也許會眉頭一皺,覺得根本不是這麼一回事。

何苦讓貓頭鷹早起抓蟲?

晚上用功真的不好嗎?先前的文章介紹過,我們每個人的內建生理時鐘都可粗略分為兩型:貓頭鷹或是早起的百靈鳥。大部分年輕人是貓頭鷹,少數為百靈鳥(約14%),所以多數年輕學子自然而然在晚上比較有活力;隨著年紀增長,約過25歲後會開始移向早鳥型(約50歲成典型早鳥,所以年長者睡得早起得早。然而,即使年輕人大多是貓頭鷹型,現在的學校上課制度卻是以老師和父母(早鳥型)的工作行程表所設計的,所以對大部分的年輕人而言,在他們的黃金學習階段,卻要面臨命中注定的睡眠剝奪(起床上課真的是要死一樣的煎熬)。至於生理時鐘隨年齡增長而改變的原因將會在之後的「老化」專題文章內介紹,這裡就不贅述了。

即使不考慮因為學校行程設計與年輕學子作息不符所造成的睡眠剝奪,網路文章往往建議早上才是學習的黃金時段,但是這樣的提議本身並不符合生理時鐘的理念。尤其是要高中生早上5點起床準備考試的戰鬥行程表,根本上犯了相同的錯誤。關於貓頭鷹型學生與現行的學校制度不合而造成的學習上的不良可以參考這篇研究作為出發點。

我們都應該先知道自己是貓頭鷹還是百靈鳥。如果沒有因為制度而導致的睡眠剝奪,單從生理時鐘角度出發,貓頭鷹的學生們在晚上的學習效果是比較好的。很多讀者一定有類似的經驗:國三和高中時,過半夜的夜深人靜時才是學習的黃金階段,因為這時候學習時間與心智活力的時間吻合;但是同樣的時段到了30歲時,就不再是學習的黃金時段了,學習速度如同從高鐵變區間車,止不住的睡意不停踩剎車。30歲的我們,與年輕時相比,生理時鐘已經偏向早鳥型,想睡的時間提早,隔天起床的時間也提早,最佳學習時段也改變了。而對百靈鳥而言,睡飽後的早晨的確是比較有效率的學習時段。

讓貓頭鷹早起抓蟲,實在不是一件聰明的策略。

如何評估被干擾的生理時鐘

從生活經驗裡,貓頭鷹和百靈鳥的學習時段的差異直接反映出生理時鐘的行為上的影響。我們也能合理推論若生理時鐘被干擾,對學習會有負面的影響。但是我們要怎麼知道生理時鐘被干擾了?最簡單的方式就是評估睡眠-清醒週期。

臨床上,科學家會讓受試對象戴上像智慧手環的活動監測器(圖1.),用以長時間紀錄受試對象的睡眠-清醒週期。

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圖片取自Linton Instrumentation官網
圖1.手腕式活動監視器。科學家讓受試對象戴上用以長時間紀錄睡眠-清醒週期。紀錄器的大小與市售的智慧手環有著類似的重量與大小,目的是不要讓受試對象有不舒適的感覺。除了活動量(途中黑色的長條圖),紀錄器也能偵測當下受試者所暴露的光(lux,黃色線)。這對生理時鐘領域是很重要的功能,因為夜間的光照會影響生理時鐘。圖片取自Linton Instrumentation官網

很多疾病都有生理時鐘失常的病徵,而圖2.舉例出三個極端的對象做比較,由左到右分別是健康的受試者、阿茲海默症病患與亨丁頓舞蹈症病患。後面兩個疾病都是神經退化疾病。即使沒有相關的科學背景,我們也能一目瞭然三者間的不同:健康的人(圖2a.)有著界線分明的睡眠-清醒週期。每條黑色的長條圖都是活動量,活動量越高則黑色長條也會越高。每一欄都是連續48小時的紀錄。

阿茲海默症病患(圖2b.)明顯地活動量減少,而且支離破碎;從記錄的圖可以看出即使是在應該睡覺的時間,病患依舊有活動,表示他們有著嚴重的失眠問題。亨丁頓舞蹈症病患(圖2c.)也有著類似的問題:白天的時間有著斷斷續續的瞌睡情況,而夜晚則受睡睡醒醒的問題所擾。更詳細的說明請閱讀圖2.的解說。

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圖片修改自 Hastings and Goedert, Circadian clocks and neurodegenerative diseases: time to aggregate?, Current Opinion in Neurobiology, Volume 23, Issue 5, 2013, Pages 880-887, ISSN 0959-4388,
圖2.透過手腕式紀錄器所偵測的睡眠-清醒週期。由左到右分別是健康(左)與有神經退化疾病的受試者:阿茲海默症病患(中)與亨丁頓舞蹈症病患(右)。圖片修改自Hastings and Goedert,Circadian clocks and neurodegenerative diseases: time to aggregate?,Current Opinion in Neurobiology,Volume 23,Issue 5,2013,Pages 880-887,ISSN 0959-4388

上圖中每條黑色的長條圖都是活動量(高度與活動量呈正比)。每一欄都是連續48小時(2天)的紀錄。而下一欄會以上一欄的第二天作為開頭的48小時紀錄。所以,第一欄記錄著第一天與第二天的活動-睡眠;第二欄記錄著第二天與第三天的活動-睡眠;第三欄記錄著第三天與第四天的活動-睡眠……以此類推。

透過這種紀錄圖,科學家可以評估受試者的生理時鐘是否破碎(由左往右看同一天的活動-睡眠周期),與受試者的生理時鐘是否精準(由上往下看不同天的活動-睡眠周期)。有顯著生理時鐘的受試者(圖2a)有著集中且鞏固的活動-睡眠周期,也就是受試者的活動期與睡眠期有著清楚的界線。此外,他們的生理時鐘也很精準,也就是每天清醒活動與睡覺無活動的時間的一致性高。相反的,當生理時鐘時鐘強度下降時,活動-睡眠周期變得破碎,活動期與睡眠期沒有明顯的界線,且每天起床與睡覺的時間也顯得飄移不定(圖2b與2c)。

相同的概念一樣可以運用在動物實驗上。以齧齒類動物為例,研究員也可以透過記錄日與夜的活動來評估生理時鐘的狀況。透過紅外線動作感測器,動與靜的活動變化能夠輕易地記錄下來。我們也可以放一個輪子在實驗動物的籠子內,而輪子每分鐘內轉動幾圈就是評估他們活動量的資訊。

圖3.是實驗鼠的在無干擾(圖3A.)與會干擾生理時鐘(圖3B.)的環境下的睡眠-清醒週期。圖片上方黑白交替的長條圖代表著光照條件:白色是全光亮環境,而黑色是全黑暗環境。在無干擾的環境下,實驗鼠有著集中且鞏固的睡眠-清醒週期,每天的睡覺與起床的時刻也相當精準;相反的,當本該全黑的環境被給予光汙染時(圖3B.的淺灰色),實驗鼠的生理時鐘受到干擾,結果實驗鼠的睡眠-清醒週期變得破碎,且睡眠-清醒之間的界線變得模糊不清,表示他們的睡眠品質下降且在活動期變得容易打瞌睡。

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圖片修改自JOURNAL OF BIOLOGICAL RHYTHMS, Vol. 27 No. 4, August 2012 319-327 DOI: 10.1177/0748730412448324
圖3.實驗鼠在控制環境與光汙染環境下的睡眠-清醒週期。圖片上方黑白交替的長條圖代表著光照情形: 白色是光亮環境,而黑色是全黑夜的環境,淺灰色是受到光汙染的黑夜環境。圖片修改自JOURNAL OF BIOLOGICAL RHYTHMS, Vol. 27 No. 4, August 2012 319-327 DOI: 10.1177/0748730412448324

由上圖可以觀察到,在光亮與全黑交替的環境下(圖3A.),實驗鼠的生理時鐘表現顯著,有著界線分明的睡眠-清醒週期。但是當原本該是全黑的環境收到光汙染時(圖3B),實驗鼠的睡眠-清醒週期變得零碎,表示他們的生理時鐘受到干擾。

宵夜讓你記不住,還變胖

雖然貓頭鷹在夜晚學習效率較佳,但是這是在沒有其他干擾因子條件下的結論。現實生活的情況是挑燈夜戰往往伴隨著宵夜作為戰糧。食物對身體,尤其是代謝系統的肝臟,是很強的時間訊號(time giver),具有調整生理時鐘的功能(參考文章)對學習和記憶有著怎樣的影響呢?

儘管臨床上(針對人的研究結果)需要更多的證據,實驗動物的結果暗示著宵夜很有可能降低大腦的學習與記憶能力。以一篇2015年的研究(Loh et al 2015)為例,研究員將實驗鼠分成兩組:一組只能在活期間攝食,而第二組則只能在應該睡覺的時間攝食。兩組在實驗期間,攝取的食物總量相同,且總睡眠時間也相同。光照的條件在兩組相同(都是白天全亮,晚上全黑的環境)。

經過兩個禮拜後,研究員比較這兩組實驗鼠在學習與記憶能力上的差異。第一個實驗是讓實驗鼠去探索兩個相同的物品一段時間,然後將其中一個換成全然不同的新物品。這個實驗是去評估實驗鼠能分辯「新」與「舊」的能力。第二個實驗是讓實驗鼠先聽到一個聲音的訊號,然後給予微弱的電擊刺激;經過一段時間後,研究員會只給聲音訊號但不會有緊接而來的電擊刺激,並觀察實驗鼠是否仍然出現被電擊而有的反應。這個實驗目的是評估實驗鼠是否能學會聲音訊號與電擊刺激之間的關聯。這兩個實驗的方法都是針對長期記憶的評估。

結果顯示,睡覺時間吃飯的組別在分辯「新」與「舊」的能力比較差;而且學會聲音訊號與電擊刺激之間的「關聯」的能力也比較差。也就是說,連續兩周的睡覺時間進食讓這組的實驗鼠的學習與記憶能力變差了。

生理時鐘的齒輪扣著記憶與學習

究竟為甚麼生理時鐘的好與壞能影響學習與記憶呢?

學習與記憶這兩個詞彙是如此的耳熟卻也陌生,耳熟與這兩個詞彙在我們日常生活中常常出沒,陌生則是因為很難給一個完整的定義,尤其又可以細分成多種不同類型的學習與記憶。我認為粗略的定義:

學習是個體因為經驗而產生的行為/認知改變;而記憶是儲存訊息的能力。

上面的陳述是最簡單的說法;從這個說法衍伸,我們可以從改變的多寡與所需時間來評估學習的好壞,而儲存訊息的能力當然是其中非常重要的環節。看過電影腦筋急轉彎的讀者一定有印象:帶有情緒的記憶比較鮮明(如求婚時前後5分鐘vs昨天晚餐吃了甚麼);而且大部分人都有經驗過學習/記憶與情緒之間的牽扯:太強(精神無法集中)或太弱(沒有動力)的情緒都會降低學習與記憶的表現。但是這裡我們不談論與情緒掛勾的複雜。

網路平台TED的影片簡單地介紹了記憶形成的理論:

當我們經歷一件事情時,這個經驗會被拆解成很多小單位,以電訊號的方式,短暫的成為短期記憶。大腦中的海馬迴是將短期記憶處理成長期記憶的重要區域,所以成為研究記憶的熱門腦區。有趣的是,時鐘基因也在海馬迴被找到了,而且即使把海馬迴從動物體內拿出做培養,這些時鐘基因依舊有著週期性的活動;這個發現暗示著海馬迴的生理時鐘有可能調控著在日與夜的學習與記憶能力的變化差異。

神經與神經溝通的地方稱為突觸;而且當神經彼此間經常溝通,突觸會增強,溝通效率會增加(想像一下背書時,第一次的困難和反覆幾次後那種打通任督二脈的暢快),這個過程稱作「長期增強作用(long-term potentiation)」,簡稱LTP。LTP目前被認為是學習與記憶背後的機制。科學家發現夜行動物在夜晚給與刺激時有較強的LTP,而日行動物則是在白天給與刺激時有較強的LTP,符合生理時鐘在個體活動期去最佳化大腦對經驗刺激的輸入的假說。

在海馬迴的神經細胞中,CREB(c-AMP response element binding protein)和MAPK(mitogen activated protein kinase)這兩個蛋白質是重要的訊息傳遞者;當科學家直接干擾這兩個蛋白質時,實驗鼠的學習與記憶就會出現缺陷。科學家發現,當時鐘基因Per2被剔除時,CREB和MAPK這兩個蛋白質的多寡出現異常,而且實驗鼠也有著學習與記憶上的缺陷。

在上述的實驗鼠吃宵夜的實驗中,進一步的調查發現,與學習與記憶能力息息相關的大腦結構海馬迴,似乎是會受到食物訊號的影響:當在應該睡覺時間進食,海馬迴的生理時鐘被擾亂了,而且重要的負責訊息傳遞的蛋白質CREB的活動也受到干擾,而導致實驗鼠出現的學習與記憶上的下降。

結語

雖然大部分的人都不是極端的貓頭鷹或早鳥,但是隨著年紀增長,我們都能親身體驗到自己的學習黃金時段的變化;儘管現在要改變學校的行程設計尚不可行,依舊希望家長和學生們在對生理時鐘有概念後,能明白青少年學生作息的必然,掌握最佳的學習時段。

實驗動物的結果當然是在比較單純的環境條件下而得:曝光時間相同、成長環境相同、基因背景極度類似、連續不間斷的兩週宵夜進食等等,都是在真實生活中很難在以人為對象而控制的變化因子。但是,這不代表我們不必對自己的生活習慣警惕;事實上,其他會干擾生理時鐘的現代生活方式如夜班和時差,都已經有臨床報告指出會降低我們的記憶與學習能力(McDonald et al 2013)。

還在為自己找一個抗拒宵夜鹽酥雞的理由嗎?不想要讓自己忘記剛剛才念完的書也許是個好答案。

參考資料

本文經王輝斌授權刊登

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航