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近日，来自英国帝国理工大学、美国加利福尼亚大学以及德克萨斯大学的研究团队在《Science Advances》上发表了题为Unraveling why we sleep: Quantitative analysis reveals abrupt transition from neural reorganization to repair in early development的研究成果，揭示了个体系统发育过程中睡眠的变化，发现神经塑性重组主要发生在快速眼动睡眠（REM）中，而睡眠的主要功能会在约2岁半时发生变化，由神经重组及学习转为功能修复和垃圾清除。
DOI: 10.1126/sciadv.aba0398
人的一生中约有三分之一的时间都在睡觉，睡眠是整个动物界生存所必须的过程。有研究表明，动物在醒着的时候会受到一定程度的神经系统损害，由此产生的受损基因和蛋白质，会在脑部堆积并引起疾病，而睡眠有助于修复这种损害并清除这些垃圾。
也有实验发现，睡眠可以促进与学习和记忆巩固相关的神经塑性重组及突触的生长。但我们目前对于神经修复和重组在睡眠期间的相对作用，以及其在个体发育过程中是否会发生变化仍不清楚。
研究人员利用来自60多项包括人类和其他哺乳动物的睡眠研究的数据，进行了迄今为止******的睡眠统计分析。检查了个体从出生到成年整个发育过程中的睡眠数据，包括总睡眠时间，REM睡眠时间，大脑大小、体重，脑代谢率、身体代谢率和睡眠代谢率（SMR），以及个体发育数据，包括大脑的白质、黑质和突触密度等，并建立了独特的定量理论和数学模型来分析突触密度、睡眠时间、大脑大小与脑代谢率之间的联系，解释个体发育中睡眠如何随大脑和体重变化而变化。
发育早期的不同睡眠时间比例
发育后期的不同睡眠时间比例
数据分析发现，REM睡眠会随着大脑大小的增大而减少。新生儿的睡眠时间中有50％为REM睡眠，但到10岁时其占比会下降到25％左右，且随着年龄的增长而持续减少。50岁以上的成年人的REM睡眠时间仅占15％。REM睡眠时间的减少大概是从2岁半开始发生的。而且当所有物种达到相当于人类约两岁半的年龄时，其REM睡眠时间也会开始急剧下降，无论是小鼠、兔子还是猪。
REM睡眠占比的显著下降，也代表着睡眠功能发生着重大的变化。研究发现2岁半前的睡眠主要是进行大脑的构建、神经重组和学习，而2岁半后，睡眠的主要功能逐渐转化为大脑的维护和修复，即神经系统损害的功能修复和代谢物等垃圾的清除。且后期几乎所有的大脑修复都是在睡眠中进行的。
