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你的身体怎么知道什么时候该睡觉？当你进入一个新的时区后，为什么会有时差反应？你如何克服时差反应？当你适应了新时区的时间后，为什么回到家会产生更强烈的时差反应？为什么有些人使用褪黑激素来对抗这些问题？一杯咖啡为什么可以（以及如何）使你保持清醒？也许最重要的问题是，你如何知道自己的睡眠是否充足？
有两大主要因素决定了你什么时候想睡觉，什么时候想醒来。就在你读到这些文字的现在，这两个因素都在对你的精神和身体产生强有力的影响。第一个因素，是你大脑深处的24小时生物钟发射出的信号。生物钟会制造出循环的昼夜节律，让你在夜晚和白天的常规时段感到疲倦或清醒。第二个因素，是一种在你的大脑中积聚的化学物质，会制造出“睡眠压力”。你清醒的时间越长，这种化学物质所制造出的睡眠压力就会累积得越多，因而你会感觉越困。这两个因素之间的平衡决定了你白天的清醒和专注程度，晚上感到疲倦并准备上床睡觉的时间，还在某种程度上决定了你会睡得多好。
本章开头一系列问题的关键，都是你身体中24小时节律的强大塑造力，也就是你的昼夜节律。每个人都有这种昼夜节律（circadian rhythm，这里circadian 中的circa意为“近似”，dian来源于拉丁语diam，意为“一天”）。的确，地球上寿命超过几天的每种生物，都形成了这种自然的周期。大脑中的24小时生物钟会将昼夜节律信号传达给大脑的每一块区域，以及身体的每一个器官。
这个24小时的节奏可以帮助你决定什么时候想醒来，什么时候想睡觉。但它也控制着其他的节奏模式，包括你偏好的饮食时间、你的心情和情绪、产生的尿量
、核心体温、代谢率，以及多种激素的释放。
很显然，在比赛中打破奥运会纪录的可能性与一天中的时间段有关，这并非巧合；破纪录的可能性会在人类昼夜节律的自然高峰（下午的早些时候）达到最大极限。
即使是出生和死亡的时间也证实了昼夜节律的存在，因为维持生命的关键代谢、心血管、体温和激素水平等波动过程，都是由昼夜节律这个生物起搏器所控制的。
早在我们发现这个生物起搏器的很久以前，就有一项巧妙的实验得出了一个非常了不起的成果：时间静止——至少是对于一株植物来说。那是1729年，法国地球物理学家让-雅克·德梅朗（Jean-Jacques d'Ortous de Mairan）发现了表明植物会产生自己的生物钟的第一个证据。
德梅朗当时正在研究展现“趋日性”（植物的叶片或花朵在白天会追随太阳在天空中的移动轨迹而生长）的植物的叶片运动。一种特别的植物吸引了德梅朗的注意，它叫含羞草
。这种植物的叶子不仅会在白天追随天空中太阳的弧形轨迹，而且在夜晚，它们会像枯萎了一样垂下。第二天早晨，叶子又会像伞一样张开，如往常般茁壮。这种行为每天早晚都会重复，以至于著名的进化生物学家查尔斯·达尔文（Charles Darwin）称其为“会睡觉的叶子”。
在德梅朗的实验之前，许多人认为，植物的舒张和收缩行为完全由对应的日出日落决定。这是一个合乎逻辑的假设：日光（即使是阴天）会促使叶片张开，随之而来的黑暗则会命令叶片“关门歇业”，折叠起来。这个设想被德梅朗推翻了。首先，他将植物放置在户外环境中，让它暴露在白天黑夜的自然光线信号中。结果不出所料，叶子在白天的光照下舒张，并随着黑夜的降临而收起。
接下来就是天才的反转。德梅朗在之后的24小时中将植物置于一个封闭的盒子里，这样不论白天黑夜，它都会完全处于黑暗的状态中。在这24小时中，他时不时地在控制下的黑暗环境里观察这株植物，看它的叶子处于何种状态。在白天，尽管植物不能接收到自然光照，它仍然表现得好像沐浴在阳光下一样，叶子扬扬得意地舒展着。而夜幕降临时，即使没有收到任何日落的讯号，它也垂头丧气地收起叶子，整夜保持着叶子下垂的状态。
这是一个颠覆性的发现：德梅朗向人们揭示了，生物实际上保持有自己的时间节律，并不是单纯听从太阳的节奏性指令。在植物体内某处，有一个24小时的节律发生器，它可以计算时间，而不需要外界提供诸如日光的任何提示。植物不仅有昼夜节律，而且有“内源性”（endogenous）节奏，也就是体内自我生成的节奏。这就像你的心脏会以自己的自然节拍跳动一样。不同之处在于，你的心脏节奏要快得多，通常每秒至少跳动一次，而不是像生物钟那样每24小时一循环。
令人惊讶的是，我们又花了200年的时间来证明人类也有类似的体内昼夜节律。然而，这个实验为我们对体内生物时间的理解增添了一些出乎意料的发现。1938年，芝加哥大学的纳塞尼尔·克莱德曼（Nathaniel Kleitman）教授与他的研究助理布鲁斯·理查森（Bruce Richardson）共同进行了一项更为极端的科学研究。这项研究需要特别的奉献精神，或许迄今为止还没有任何研究能与其相提并论。
克莱德曼和理查森把他们自己当成了实验小白鼠。他们带着足够6个星期的食物、水和两张废弃的高脚医疗床，住到肯塔基州的猛犸洞（Mammoth Cave）里，这是地球上极深的洞穴之一——事实上，由于过于深邃，它的最深处完全无法探测到阳光渗透。正是在这种黑暗中，克莱德曼和理查森才能够证明一项惊人的科学发现，它将告诉我们：人类的昼夜节律为 大约 一天（即circadian），而不是 正好 一天。
除了食物和水之外，他们还带了许多用来监测体温以及他们清醒和睡眠节奏的测量设备。这个记录区域成了他们生活空间的中心，两侧则是他们的床。高脚床的每一只床脚都安置在一桶水里，就像城堡和四周环绕的护城河一样，用来阻止猛犸洞深处无数大大小小的生物爬上他们的床铺。
克莱德曼和理查森面对的实验问题很简单：当日夜循环的光线被切断后，他们睡眠和清醒的生物节律，包括体温，是会变得完全不稳定，还是会与其他在外面接触节律性日光照耀的人们保持一致呢？他们一共在黑暗中度过了32天。除了积攒了浓密的面部须发外，他们在这个过程中也有了两大突破性的发现。第一个发现是，人类就像德梅朗的植物一样，会在阻绝外界阳光的情况下，形成自己的内源性昼夜节律。也就是说，克莱德曼和理查森都没有随机地醒来和入睡，而是表现出了一种可预测的、重复性的模式，即有较长时间的清醒状态（约15个小时），并伴随有大约9个小时的睡眠。
第二个出乎意料且意义更重大的发现是，他们规律性循环的“睡眠—清醒”周期并不是精确的24小时，而是始终确切地超过了24小时。理查森当时二十多岁，“睡眠—清醒”的周期为26~28小时。而四十多岁的克莱德曼的周期有点接近24小时，但仍然比24小时长。因此，当移除外部的日光影响时，每个人体内形成的“一天”时间并不正好是24小时，而是稍长一点。这就像一块计时不准、走得时间较长的手表，随着外界时间每过一天，克莱德曼和理查森都会通过体内形成的更长的计时法开始计时。
既然我们天生的生物节律并不是精确的24小时，那么我们大概需要一个新的命名：
昼夜
节律——即
大约
一天的周期，而不是精确的一天
。在克莱德曼和理查森进行这项开创性实验的八十多年后，我们确定了一个成年人的体内生物钟平均持续时间大约是24小时15分钟。它与地球的24小时自转周期相差得不算太多，但也不是任何一个有职业自尊的瑞士钟表匠能够接受的精确计时。
值得庆幸的是，我们大多数人并不生活在猛犸洞里，也不是生活在类似的黑暗环境中。我们通常会感受到来自太阳的光线，调整我们不精确的、运行时间过长的生物钟。阳光就像转动走时不准确的手表侧面旋钮的食指和大拇指，有条不紊地每天重置我们不准确的内部时钟，将其“调”回精确的24小时，而不是大约的24小时。
大脑利用日光来达到重新设定时间的目的，这并非巧合。日光是我们所处环境中最可靠的重复性信号。自从我们的星球诞生以来，太阳必定在每天早晨升起，在夜晚落下。事实上，大多数生物会发展出昼夜节律的原因，可能就是为了使自己的身体和行为活动——不管是体内活动（例如温度）还是体外活动（例如进食）——与地球每日绕轴自转，也就是形成规律性白天（太阳出现）和黑夜（太阳隐藏）的轨道力学相同步。
然而，日光虽然不是大脑重置生物钟时可抓住的唯一信号，但只要日光存在，它就仍然是最主要也最优先的信号。大脑也可以利用其他能够可靠重复的外部信号，比如食物、运动、温度波动，甚至定时的交流互动等。所有这些信号都有重置生物钟的能力，让它能够精确地维持24小时的节奏。这就是为什么失明的人不会完全失去他们的昼夜节律。尽管他们因为失明而无法接受光的信号，但仍有其他现象可以起到重置的作用。任何大脑用于时间重置的信号都被称为授时因子（zeitgeber），这个词来源于德语，是“计时器”或“同步器”的意思。因此，虽然光是最可靠也最主要的授时因子，但还有许多其他因子可以被用于日光的辅助调节，或者在没有日光的情况下用来调节昼夜节律。
24小时生物时钟坐落在大脑中央一处被称为“视交叉上核”（suprachiasmatic nucleus）的地方。这个名字和许多解剖学用语一样，虽然很难发音，但具有解释词义的作用：supra意为“在……之上”，chiasm的意思是“交叉点”。这个交叉点指的是来自眼球的视神经会在你的大脑中央交会，然后换边行进。视交叉上核恰好位于这个交叉点的上方，这是有充分原因的。在这一位置上，视交叉上核会对从每只眼睛沿着视神经传送到大脑后部进行视觉处理的光信号进行“抽样分析”，利用可靠的光信号来校准不准确的内在时间，将其重置为精确的24小时周期，从而防止任何偏差。
如果我对你说，视交叉上核是由2万个脑细胞（神经元）组成的，你可能会认为它非常大，占据了你颅内大量的空间，但它其实很小。大脑是由大约1000亿个神经元组成的，在整个大脑系统的物质中，视交叉上核相对来说非常微小。然而，尽管它如此微小，对大脑和身体其他部位的影响却绝对不小。这个微小的时钟是整个生命体生物节律交响乐的中央指挥——对于人类和其他所有生物都是如此。视交叉上核控制着大量行为，包括这一章的重点：你何时想入睡和醒来。
对于白天活动的昼行性物种（比如人类）来说，昼夜节律会在白天激活大脑和身体的许多机制，使你保持清醒和警觉。这些过程会在夜间逐渐变得低缓，从而消除产生警觉性的影响。图1展示了人类体温昼夜节律的例子。它代表了一组成年人的平均核心体温（居然是直肠测量！）。从最左边的“中午12点”开始，体温逐渐上升，下午晚些时候达到峰值。然后轨迹变化，体温开始下降，随着入睡时间的临近，体温会下降到比中午的起始温度还低。
图1 典型的24小时昼夜节律（核心体温）
当你接近通常的就寝时间时，你的生理昼夜节律会相应地将核心体温下调（图1），且在入睡约两小时后达到最低点。然而，这种温度节律变化和你是否真的睡着无关。如果让你整夜保持清醒，你的核心体温仍然会显示出同样的模式。尽管体温下降有助于入睡，但无论你是醒着还是睡着，你的体温本身都会在24小时内发生上升和下降的变化。这是预先设定的昼夜节律的一种典型证明，它会像节拍器一样重复一遍又一遍。体温只是受视交叉上核支配的许多24小时节律中的一项，清醒和睡眠是另一项。因此，清醒和睡眠处于昼夜节律的控制之下，而不是控制着昼夜节律。也就是说，不管你是否睡着，你的昼夜节律每24小时都会循环一次，坚定不移。但是，当我们将个体进行比较后，你就会发现并不是每个人的生理周期都是一样的。
尽管人类显示出一种固定的24小时作息模式，每个人各自的高峰和低谷却有着明显的差异。对一些人来说，他们在白天很早的时候就达到清醒状态的高峰，而睡眠的低谷也在入夜后早早到来。这些都是“晨型人”，大约占总人口数的40%。他们更倾向于在清晨时分醒来，并且很乐意这样做，他们在一天的这个时候会拥有最理想的工作效率。另一些人则是“夜型人”，约占人口总数的30%。他们更喜欢很晚入睡，第二天上午很晚才起，甚至下午才起床。剩下30%的人处于早晚两型之间，稍微倾向于夜型人，我自己就是其中之一。
你可能会将这两类人分别称为“早起鸟”和“夜猫子”。与“早起鸟”不同，“夜猫子”无论多么努力地尝试，仍然常常无法在夜里入睡。只有在第二天凌晨时分，“夜猫子”才能够迷迷糊糊地睡过去。因为晚睡，“夜猫子”当然会强烈地抵触早起。在这段时间里，他们无法正常工作，其中一个原因就是，尽管他们“醒着”，但他们的大脑在整个清晨仍然处于一种类似睡眠的状态。在一个叫作前额叶皮质的区域尤其如此，它位于眼睛上方，可以被视为大脑总部所在地。前额叶皮质控制着高层次的思维和逻辑推理，并帮助控制我们的情绪。当“夜猫子”被迫过早醒来时，他们的前额叶皮质仍然处于一种丧失工作能力的“离线”状态。就像一个在清晨就发动的冷引擎一样，它需要很长时间才能上升到适合工作的温度，而在此之前，无法有效地运转。
成年人的熬夜性或早起性，即睡眠类型（chronotype），是由基因决定的。如果你是个“夜猫子”，那么你父母中的一方（或双方）很可能也是“夜猫子”。可悲的是，社会对待“夜猫子”的态度是不公平的。首先是“懒惰”的标签，这是源于“夜猫子”白天起得很晚的习惯，因为他们直到凌晨才睡着。另一些人（通常是早起的人）会根据这种错误的假设来指责“夜猫子”，这些人认为这样的偏好是一种选择，如果他们不那么懒散，就可以很容易早起。然而，“夜猫子”并没有选择去做一个“夜猫子”。由于不可避免的DNA结构，他们生来就处于一种推迟的时间表中。这不是他们的 意识 缺陷，而是 基因 宿命。
其次是根深蒂固的、不公平的社会工作日程安排，这种日程安排强烈偏向于一天早早地开始，这对“夜猫子”是一种折磨，对“早起鸟”则是优势。尽管如今情况有所改善，但标准的工作日程迫使“夜猫子”进入非自然的睡眠节奏。因此，在早晨的时候，“夜猫子”的工作表现远远无法达到最佳状态，而且在下午晚些时候和傍晚的标准工作时间结束以前，他们尚不能表现出真正的潜力。最不幸的是，“夜猫子”更缺乏睡眠，他们不得不同“早起鸟”一起起床，晚上又要比他们更晚才能入睡。因此，“夜猫子”经常会像俗话说的那样，“蜡烛两头烧”
。因此，由于睡眠不足导致的更严重的健康问题就会缠上他们，包括更高比例的抑郁、焦虑、糖尿病、癌症、心脏病和中风等。
就这方面来说，我们需要一个社会变革，来为“夜猫子”提供一个折中方案，就像我们为其他身体差异（例如视力障碍）所做的努力一样。我们需要更灵活的工作时间表，以便更好地适应所有的睡眠类型，而不仅是其中的一个极端。
你可能对大自然为什么会在人们之间安排这种差异产生疑问。作为社会性物种，我们是否应该全都保持同步，从而可以同时起床并保证最充分的人类互动呢？也许并不是这样。这本书后面会讲到，人类很可能进化成了家庭甚至是整个部落共同睡眠，而不是独自或仅在夫妻之间。鉴于这种进化的背景，经过如此基因编码的睡眠/清醒时间偏好上的差异所带来的好处就容易理解了。某一个群体中的“夜猫子”直到凌晨1点或2点才会睡觉，并在早上9点或10点才醒来。而另一些早起的人晚上9点开始休息，早上5点就会醒来。这样，两组人作为一个整体而言，尽管每个人都得到了8个小时的睡眠时间，整体上却只有4个小时处于易受攻击的状态（也就是每个人都在睡觉的时候），而不是8个小时。这有可能增加50%的存活率。大自然永远不会浪费可以提高一个物种的生存安全，从而形成其适应性的生物学特性——这里指的是一个群体中的个体睡觉和醒来的时间这个有益的变量。因此，这种差异性保留了下来。
你的视交叉上核通过一个叫作褪黑激素的循环信使，将它的日夜反复的信号传递给你的大脑和身体。褪黑激素也有其他名字，包括“黑暗激素”和“吸血鬼激素”等。这并不是因为它很邪恶，只是因为褪黑激素是在夜晚释放的。在视交叉上核的指示下，褪黑激素在黄昏后不久就开始上升，从位于大脑后部深处的松果体被释放到血液中。褪黑激素的作用就像一个强有力的扩音器，向大脑和身体大声喊出一个明确的信息：“天黑啦，天黑啦！”这时，我们就收到了一份进入夜间的通知，也就是一个着手安排睡眠时间的生物命令。
这样一来，褪黑激素通过系统地向整个机体发出“天黑了”的信号来帮助调节睡眠发生的 时间安排 。但是褪黑激素对睡眠本身的 形成 几乎不产生影响：很多人都对此报有错误的想法。为了弄清这一区别，请把睡眠看作是奥运会上的100米赛跑。褪黑激素就是负责下令“选手们，各就各位”，然后打响发令枪开始比赛的计时员。当比赛（即睡眠）开始，计时员（褪黑激素）会控制比赛何时开始，但不会参与进去。在这个类比中，短跑运动员本身代表着积极 产生 睡眠的其他大脑区域和活动过程。褪黑激素会将大脑中的这些睡眠生成区域与就寝时间这一起跑线进行关联。因此，褪黑激素的作用是提供正式的指令开始睡眠，但不参与睡眠竞赛本身。
由于这些原因，褪黑激素本身并不能有效地辅助睡眠，至少不能作用于健康的、不受时差影响的个体（我们稍后会探讨时差，以及褪黑激素如何发挥作用）。药片里即使含有褪黑激素，剂量大概也是极少的。也就是说，褪黑激素药物存在着很显著的睡眠安慰剂效应
，这一点不应被低估：毕竟，安慰剂效应是整个药理学中最可靠的效果了。同样重要的是，在世界各地的管理机构中，如美国食品药品监督管理局（FDA），非处方的褪黑激素药物通常不受监管。对非处方药品牌的科学评估发现，褪黑激素药物的浓度范围从少于标签标注的83%，到高出标注的478%。
一旦睡眠开始进行，褪黑激素的浓度会在整个夜间逐渐降低，直到早晨。黎明时分，当阳光透过眼睛（即使是透过紧闭的眼睑）进入大脑时，松果体就会像被踩了刹车踏板一样，关闭褪黑激素的释放。循环中褪黑激素的缺乏，会通知大脑和身体，睡眠已经到达了终点线。是时候结束睡眠赛跑，并允许活跃的清醒状态主导余下的时间。这样看来，我们人类是“太阳能驱动的”。然后，随着光线的消失，太阳能的制动踏板对褪黑激素的阻碍也随之消失。褪黑激素逐渐增加，下一阶段的黑暗也就接到了信号通知，由此另一场睡眠赛跑也会被召集到起跑线上。
你可以从图2中看出褪黑激素释放的典型表现。它从黄昏之后几小时开始释放。之后迅速上升，在凌晨4点左右达到峰值。在那之后，随着黎明的来临，它开始下降，直到早晨至上午10点左右降至无法检测到的水平。
图2 褪黑激素的周期
喷气式发动机的出现是全球人类大规模运输业的一场革命。然而，它制造了一种无法预料的生物灾难：喷气式飞机带来的速度比我们的24小时生物钟能够跟上或适应的速度更快。这些飞机造成了一种生物性的时间延迟：时差反应。结果，我们在一个遥远的时区中即使白天也会感到疲乏困倦，因为我们的生物钟仍然以为是夜间，还没有跟上这种变化。如果这还不够糟的话，晚上我们还会经常无法进入或持续睡眠，因为我们的生物钟认为这时应该是白天。
以我最近从旧金山飞回英国为例。伦敦时间比旧金山早8个小时。当我到达英国时，尽管伦敦希思罗机场的数字时钟显示上午9点，我的生物钟仍然处在完全不同的时间——加州时间，那时应该是凌晨1点，我本应该马上上床睡觉的。我将要在一种深深的昏睡状态中，拖着延迟的大脑和身体度过伦敦的一天。我全身上下的每一个生理结构都需要睡眠，而此时在加州，大多数人正在睡梦中。
然而，最糟糕的情况即将来临。到了伦敦的午夜时分，我躺在床上，疲惫不堪，想要睡觉。但与伦敦的大多数人不同，我似乎没法睡着。虽然现在是伦敦的午夜，但我的生物钟认为是下午4点，也就是加州的时间。我这时通常都是醒着的，因此现在也一样，清醒地躺在伦敦的床上。距离我自然入睡倾向的到来还有5~6个小时……那正好是整个伦敦开始醒来的时候，而我还有一个公开演讲要做。真是一团糟。
这就是时差反应：你在新时区的白天中会感到疲乏困倦，因为你的生物钟和相关的生命活动仍然“以为”是晚上。而晚上，你常常会无法入睡，因为你的生物节律仍然认为是白天。
幸运的是，我的大脑和身体不会永远受这种不协调的炼狱折磨。我会通过伦敦的阳光信号来适应这里的时间。但这是一个缓慢的过程。因为每一天你的身体都会处在一个不同的时区，你的视交叉上核每次只能重置1个小时。因此，离开旧金山后，我花了大约8天的时间重新适应伦敦时间，因为伦敦比旧金山早8个小时。然而悲伤的是，在我的视交叉上核的24小时生物钟拼命赶上了伦敦时间并努力适应了之后，又面临着一个令人沮丧的消息：我必须在9天之后飞回旧金山。我可怜的生物钟不得不再经历一次反向的挣扎！
你可能发现了，当向东旅行时，要适应新的时区比向西旅行要困难得多。原因有两个。首先，向东的方向要求你比平时更早地入睡，这种生物指令对你的头脑来说是很难直接完成的。相反，向西的方向会需要你比平时晚些再睡，而这是一种可以自觉控制的、比较实际的可能性。其次，你要记得，当我们与外界一切影响因素隔绝的时候，我们的自然昼夜节律会比一天稍长一些——24小时15分钟。尽管差的可能不算太多，但也会在一定程度上使主动延长一天的时间比缩短容易得多。当你向西旅行时——向着你体内的生物钟延长的方向——“一天”的时间对你来说超过了24小时，这就是你为什么感到更容易适应。而向东走时，“一天”比24小时要短，与你体内的身体节律相违背，也就是更困难的原因。
不论向西还是向东，时差反应都会给大脑带来痛苦的生理负担，并对身体的细胞、器官和主要系统造成严重的生理压力。随之而来的还有一系列后果。科学家们对长期在长途航线上飞行，几乎没有机会调整生物钟的机组人员进行了研究。他们发现了两个令人担忧的结果。首先，他们大脑中的一些区域——特别是那些与学习和记忆有关的部分——发生了萎缩，这表明跨时区旅行带来的生物压力导致了脑细胞的破坏。其次，他们的短期记忆力受到了严重损害。他们的健忘程度要比同年龄、背景，但不经常穿越时区的人们更严重。其他关于飞行员、机组人员和轮班工作人员的研究报告也得出了令人不安的结论，包括癌症和2型糖尿病的发病率远高于普通人群——甚至与那些不怎么旅行但其他方面相似的人群相比也是如此。
根据这些有害的影响，你就可以理解为什么有些人，包括飞行员和机组人员，在面对频繁的时差反应时会想要尽量减少这种痛苦。通常情况下，他们会选择服用褪黑激素药物来帮助解决这个问题。回想一下我从旧金山飞到伦敦。那天到达后，我真的很难入睡和保证睡眠。从某种程度上说，这是因为我在伦敦的晚上没有释放褪黑激素。按照加州的时间来算，距离我的褪黑激素上升的时间还有好几个小时。但让我们想象一下，如果我在到达伦敦后会使用一种合理的褪黑激素药物。下面是它的作用原理：大约在伦敦时间的晚上7点到8点，我服用一种褪黑激素药物，它可以引发一种人为形成的褪黑激素循环，模拟伦敦大部分人此刻正在经历的自然性的褪黑激素高峰。结果，我的大脑被骗了，相信了现在是夜间，而这种化学诱导的把戏引发了由信号定时的睡眠竞赛。尽管在这个（对我来说）不规律的时间进入睡眠仍然很困难，但是定时信号确实会显著地增加在这种时差环境下睡着的可能性。
你的24小时昼夜节律是决定清醒和睡眠的两个因素之一。第二个因素就是睡眠压力。此时此刻，一种叫作腺苷的化学物质正在你的大脑中逐渐积累。它会随着每一分钟的流逝而不断增加。你醒着的时间越久，腺苷就会积累得越多。你可以把腺苷看作是一种化学指标，它能持续记录你从早上醒来之后所度过的时间。
大脑中腺苷增加的一个后果就是人们越来越渴望睡眠。这就是所谓的睡眠压力，它是决定你什么时候感到困倦、该上床睡觉的第二种力量。高浓度的腺苷可以通过一种巧妙的双重作用效果来降低大脑中促醒区域的“体积”，同时调高睡眠诱导区域的比例。由于这种化学睡眠压力，当腺苷浓度达到峰值时，不可抗拒的睡眠欲望就会占据上风。
在清醒12~16个小时之后，大多数人都会出现这种情况。
然而，你可以通过使用一种让你感觉更加警觉和清醒的化学物质来人为地降低腺苷的睡眠信号：咖啡因。咖啡因不是一种保健品。相反，它是世界上使用最广泛的（被滥用的）精神兴奋剂。它是全球第二大贸易商品，仅次于石油。咖啡因的摄入代表了有史以来针对人类进行的历时最久、规模最大的无监管药物研究之一，也许只有酒精能与之匹敌，而且现在仍是如此。
在大脑中，咖啡因与腺苷对抗，通过霸占腺苷的结合位点——即受体——来发挥作用。一旦咖啡因与这些受体结合，它并不会像腺苷那样刺激受体来使你产生困意。相反，它会阻塞并有效地抑制受体，起到掩蔽剂的作用。这就相当于用手指堵住耳朵来隔绝声音。通过胁迫和占据这些受体，咖啡因阻断了腺苷向大脑正常传递的困觉信号。结果是：尽管腺苷水平高到正常情况下足以让你入睡，咖啡因还是会诱使你感觉十分清醒。
体内的咖啡因水平在口服约三十分钟后达到顶峰。然而，问题在于咖啡因会在你的体内持续存在。药理学中，我们讨论药物疗效时会用到“半衰期”这一术语。简单来说，就是指机体代谢掉药物浓度的50%所消耗的时间。咖啡因的平均半衰期为5~7小时。假设你在晚饭后7∶30左右喝了一杯咖啡。这就意味着在凌晨1∶30，可能有50%的咖啡因仍然具有活性，而且继续在你的脑组织中循环。换句话说，到凌晨1∶30的时候，你只代谢掉了晚餐时摄入咖啡因的一半。
不过，50%这个数字也并不值得庆幸。半杯咖啡因的作用仍然很强，要想继续将咖啡因完全分解掉依然任重而道远。在大脑继续与咖啡因这股敌对力量做斗争时，这一晚你注定不能轻易、平静地入睡了。大多数人并没有意识到要花多久才能克服一剂咖啡因带来的后果，所以他们不会在早上从糟糕的睡眠中醒来时，联想到是十个小时之前晚餐时喝的那杯咖啡在作怪。
咖啡因不仅普遍存在于咖啡、某些茶类和多种能量饮料中，也存在于黑巧克力、冰激凌等食品，及减肥药、止痛片等药物中。它是常见的导致入睡困难、睡眠质量差的罪魁祸首之一，却常常让人误认为自己患上了医学上的失眠症。同时要注意， 脱咖啡因 的咖啡并不代表 不含咖啡因 。一杯脱咖啡因咖啡中的咖啡因含量通常是普通咖啡的15%~30%，远非不含咖啡因。如果晚上喝三到四杯脱咖啡因咖啡，仍然会像喝一杯普通咖啡一样破坏你的睡眠。
然而咖啡因的“毒性”的确会逐渐消退。咖啡因能被肝脏中的一种酶清除掉，随着时间逐渐降解。
有些人肝脏中的酶能够更有效地降解咖啡因，迅速将它从血液中清除，而这很大程度上由遗传因素决定。
这种人非常少见，他们可以在晚餐时喝一杯浓咖啡，夜里仍能轻松入睡。但是，另一些人的酶作用比较缓慢。他们的身体需要更长时间来代谢掉等量的咖啡因。因此他们对咖啡因的作用非常敏感。这些人早上喝一杯茶或咖啡就能精神振奋一整天。假如喝第二杯的话，即使是在下午的早些时候喝，他们晚上也会睡不着觉。此外，衰老也会改变咖啡因的清除速度：年龄越大，大脑和身体清除咖啡因需要的时间也就越长，因此随着年龄增长，咖啡因对睡眠的干扰也会变得越明显。
如果你想通过喝咖啡在深夜保持清醒，那么等到肝脏清除掉你体内所有的咖啡因之后，你就要准备好接受一个恼人的后果，即人们常说的“咖啡因崩溃”现象。就像一个玩具机器人的电量耗尽一样，你的精力水平会直线下降。你会觉得很难再去集中精力工作，并再一次陷入强烈的睡意中。
现在我们了解了其中的奥秘。咖啡因在你体内的整个过程中，它所阻断的导致困乏的物质（腺苷）仍然在持续增加。而由于你摄入的咖啡因阻隔了你的感觉，大脑并没有察觉到这一不断上升的激发困意的腺苷浓度。但是一旦肝脏代谢掉了产生阻碍作用的咖啡因，你就会感受到剧烈的反弹：两三个小时前，也就是你喝咖啡之前就产生的困意， 加上 这段时间里额外积累的腺苷正不耐烦地等着咖啡因消失，这两股力量会一同袭击你。当受体由于咖啡因被分解而空出，腺苷就会迅速赶来与受体结合。这种情况一发生，你就会被腺苷激发的最强烈的困意攻击，正是这种困意导致了上文提到的咖啡因崩溃。除非你摄入更多的咖啡因来对抗腺苷的强大压力，否则你会发现保持清醒真的很难，而这样一来又会导致咖啡因依赖循环。
为了让你牢记咖啡因的影响，我要用美国国家航空航天局（NASA）在20世纪80年代做的一项深奥研究进行补充说明。他们的科学家对蜘蛛施用了不同的药物，然后观察它们结出的网。
这些药物包括麦角酸二乙基酰胺（LSD，一种神经致幻剂）、甲基苯异丙胺（即安非他命，一种精神类药物）、大麻和咖啡因。结果如图3所示。研究人员注意到，与其他被测试的强效药物相比，这些蜘蛛在咖啡因的作用下更加无法结出类似于正常的或是有条理的、具有捕猎功能的网，非常惊人。
图3 不同药物对蜘蛛结网的影响
值得说明的是，咖啡因是一种兴奋剂，也是唯一一种我们很容易给予孩子和青少年的致瘾物质——我们稍后会在书中讨论这一做法引发的后果。
暂时不考虑咖啡因，你也许会认为调节睡眠的两种主导力量——视交叉上核的24小时昼夜节律和腺苷产生的睡眠压力信号——会相互交流来将它们的影响联合起来。事实上，并不会。它们是两个截然不同、相互独立的系统，并不知道对方的存在。它们不会结合，不过，它们通常处于统一战线。
图4从左到右囊括了48小时的时间——两个白天和两个夜晚。图中的虚线是昼夜节律，称为过程C。它就像正弦波一样，有规律、重复性地先上升再下降，然后再一次上升和下降。从最左边起，昼夜节律开始在你醒来前几小时加强活动。它向大脑和身体中注入了一种警醒的能量信号。我们可以把它想象成一支由远及近的振奋人心的军乐队。信号起初很微弱，但随着时间的推移一点一点在增强。对于大多数健康的成年人来说，昼夜节律的激活信号会在午后达到顶峰。
图4 调节睡眠和清醒的两个因素
现在让我们来看看控制睡眠的另一个因素：腺苷。腺苷会带来睡眠压力，也就是过程S。如图4中的实线所示，你清醒的时间越长，腺苷就积累得越多，就会产生越来越强烈的睡眠欲望（压力）。到了上午中段至中午左右，你才醒了几个小时。因此，腺苷的浓度只增加了一点点。此外，昼夜节律也处在强大的清醒度上升期。这种昼夜节律的强力激活效果和低水平腺苷的结合，会使人产生一种神清气爽的感觉。（只要你前一天夜里的睡眠时间充足、质量足够高的话，至少应该是这样。如果你觉得自己在上午的时间里很容易睡着，那么你很可能没有得到足够的睡眠，或者睡眠质量不够高。）上图中曲线之间的距离直接反映出了你对睡眠的渴望。两者之间的距离越大，你的睡眠欲望就越强烈。
例如，早上7点醒来之后到了上午11点，虚线（昼夜节律）和实线（睡眠压力）之间只有很小的距离，如图5中竖直的双向箭头所示。这种微小的差异意味着睡眠驱动力很微弱，而保持清醒和警觉的欲望很强烈。
图5 清醒的欲望
然而，到了晚上11点，情况就完全不同了，如图6所示。此时你已经清醒了15个小时，你的大脑中充满了高浓度的腺苷（注意图中的实线是如何急剧上升的）。此外，昼夜节律的虚线也在下降，降低了你的活跃度和警觉性。结果，这两条线之间的差距变得很大，即图6中的竖直双向箭头所示。大量的腺苷（高睡眠压力）和不断下降的昼夜节律（降低的活动水平）强强联合，激发了人们对睡眠的强烈渴望。
图6 睡眠的欲望
当你睡着之后，所有累积的腺苷会怎样变化呢？在睡眠过程中，大规模的疏散工作正在进行，因为大脑此刻有机会降解清除白天的腺苷。整个夜间，睡眠都在舒缓睡眠压力，并减少腺苷的量。成年人在经过大约8个小时的健康睡眠后，腺苷的清除也就完成了。就在这个过程结束的时候，你的昼夜活动节律的军乐队也幸运地回来了，它的激励作用又开始影响我们。当这两个过程在早晨的时候交换位置时，腺苷已经被清除，昼夜节律令人振奋的乐声变得越来越大（即图6中这两条线的交叉处），于是我们自然会醒来（图6中第二天的早上7点）。经过了整晚的睡眠，你已经带着充满身体的活力和敏锐的大脑功能准备好面对接下来16个小时的清醒状态了。
你是否曾经有过“开夜车”的经历——晚上不睡，并且在接下来的一天里也保持清醒？如果你经历过，并且能记住当时的很多事情，你可能会记得有些时候感到非常痛苦和困倦，然而还有些时候，尽管你已经醒了很久，却自相矛盾地感到 更加 清醒。这是为什么呢？我不建议任何人拿自己做这项实验，不过在24小时完全睡眠剥夺的情况下来评估一个人的警觉性，这是科学家们采用的方法之一，用来证明那两种决定你何时清醒何时入睡的要素——即24小时昼夜节律和腺苷的睡眠信号——是相互独立的，并且可以从正常的同步模式中分离出来。
让我们看一下图7，它显示了相同48小时之内，上文提到的两个因素（24小时昼夜节律和腺苷的睡眠压力信号），以及它们之间的距离有多大。在这种情况下，我们的志愿者作为实验对象，将会在整晚和整个白天保持清醒。随着夜晚的睡眠剥夺持续进行，腺苷的睡眠压力（上方的实线）逐渐增加，就像打开水龙头时，堵塞的水槽中水位不断上升一样。因为没有睡眠，所以这条线不会在夜间下降。
图7 睡眠剥夺时的波动
通过保持清醒，阻断由睡眠开启的腺苷排放通道，导致大脑无法摆脱化学的睡眠压力。已经积累起来的腺苷水平继续不断上升。这应该意味着，你清醒的时间越长，就会感觉越困倦。但事实并不是这样。尽管你在整个夜间都感到越来越困倦，并在早上5点到6点达到清醒的最低点，但在这之后，你会恢复一些精力。可是在腺苷水平和相应的睡眠压力都持续增加的情况下，这又怎么可能呢？
答案在你的24小时昼夜节律中，它可以暂时将你从疲惫中拯救出来。与睡眠压力不同，你的昼夜节律从来不关心你是睡着了还是醒着。它缓慢而有节奏地严格按照昼夜变化来下降和上升。不管你的大脑中有多少由腺苷带来的睡眠压力存在，24小时昼夜节律的周期仍会像平常一样循环，无视你持续缺乏睡眠的事实。
再次回到图7，你在早上6点左右遭受的熬夜之苦就可以用高腺苷睡眠压力和昼夜节律达到最低点来解释。在凌晨3点，两条线之间的垂直距离很大，如图中第一个竖直箭头所示。但如果你能熬过这个清醒的最低点，就会恢复精神。昼夜节律在早晨的上升会拯救你，为你提升整个上午的清醒程度，暂时抵消腺苷睡眠压力水平的上升。你的昼夜节律在上午11点左右达到顶峰时，图7中两条线之间的垂直距离也减小了。
结果是，尽管醒着的时间更长，但你在上午11点会感觉比凌晨3点的时候要 清醒得多 。不幸的是，这种趋势并没有持续多久。随着下午时间的推移，就在逐渐累积的腺苷不断加大睡眠压力的同时，昼夜节律开始下降。下午晚些时候直到晚间，任何暂时的清醒助力都消耗殆尽了。你会受到巨大的腺苷睡眠压力的沉重打击。到了晚上9点，图7中两条线之间的垂直距离已经很大了。如果没有摄入咖啡因或安非他命，睡眠就会用它自己的方式，将此刻尚存一丝清醒的大脑打败，把你笼罩在昏睡中。
抛开睡眠剥夺的极端例子不谈，你怎么知道自己的常规睡眠是否充足呢？要想详细地解答这个问题，需要进行临床睡眠评估，而一个较为容易的经验性方法就是回答两个简单的问题。第一题，早上醒来后，你能在上午10点或11点再次睡着吗？如果答案是“是”，那么你可能没有达到充分的睡眠时间或睡眠质量不佳。第二题，在中午之前，你能不能在不摄入咖啡因的情况下保持最佳状态？如果答案是“不”，那么你很可能是在私自用咖啡因类药物来应对长期睡眠不足。
这两种情况都应该被认真对待，并寻求解决睡眠不足问题的方法。我们将在第13、14章讨论阻碍睡眠的因素、失眠及有效的治疗方法时，深入讨论这些问题。总的来说，这种迫使一个人上午就能睡着，或者需要靠咖啡因来提高清醒度的疲倦感，通常是由于个人没有给自己足够的睡眠时间造成的——至少要睡8~9个小时。当你睡眠不足时，众多后果之一就是腺苷的浓度仍然过高。早晨到来时，昨天的一些腺苷就像贷款上的未偿还债务一样仍然保留着。然后在接下来的一天里，你就会一直背负着这个欠下的睡眠债。这种睡眠债还会像拖欠贷款一样继续积累，无法逃避。债务将会转入下一个支付周期，然后是下一个，再下一个……持续的长期睡眠不足就一天天积累产生了。这种拖欠的睡眠债导致了一种持续性疲劳的感觉，并会引起许多精神上和身体上的疾病，这在工业化国家中已经普遍存在了。
有些其他的问题也可以测出睡眠不足的迹象：如果没有设置闹钟，你会睡过头吗？（如果会，那么你需要的睡眠时间比你真正睡的时间要更长。）你是否发现自己在电脑屏幕上需要重复阅读（也许还需要读第三遍）同一句话？（这通常是大脑疲惫、睡眠不足的信号。）你有时会忘记刚刚开车经过的几个交通信号灯都是什么颜色吗？（虽然通常是由于分心，但睡眠不足也常常是另一个罪魁祸首。）
当然，即使你给自己充足的时间去睡一整夜，也可能在第二天仍然觉得疲劳和瞌睡，这可能是因为你患有未被确诊的睡眠障碍。睡眠障碍如今已超过了一百种。最常见的是失眠症，其次是睡眠呼吸障碍或睡眠呼吸暂停，其中就包括打鼾。如果你怀疑自己或其他任何人有睡眠障碍，并因此导致日间疲劳、损伤或痛苦，请立即与你的医生沟通，并寻求睡眠专家的帮助。最重要的是：不要把安眠药当作第一选择。当你读到第14章时就会明白我为什么这么说，但是如果你正在服用安眠药，或者正在考虑近期开始服用，那么请直接跳到那一章讲安眠药的部分。
我提供了一份由睡眠研究人员开发的调查问卷，可以帮你确定自己的睡眠状况等级，也许会对你有帮助。
它叫SATED，很容易完成，只有五个简单的问题。