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醒与睡看起来是两个独立的持续稳定状态（但即使是在一个人的体内，各种激素也无时无刻不在发生着相互抑制的斗争），如同人体内的其他稳态平衡功能一样，它有点像跷跷板，从一个状态慢慢转换到另一个状态，一直交替循环。负责大脑清醒的区域会抑制睡眠，反之负责催眠的区域会引起困倦。在正常情况下，你只可以二选一。
听起来这两个状态斗争很严重，那我们如何从睡眠状态切换为清醒状态呢？作为人体最重要的两大稳态平衡机制，昼夜节律和睡眠驱动处在一种动态调节的交互状态，这两种强大的机制相互平衡并相互影响，一起决定睡与醒的渐变式切换。绝大多数生物学教材都认为这就是控制睡眠的两大机制，而它们属于人体的内源性需求。同时还有一个外部因素决定的机制，那就是清醒机制，它是除了昼夜节律、睡眠驱动外的决定睡与醒的第三个主要因素。 三个机制在一起组成了调节睡眠的三大机制（见图1-1）。
图1-1 调节睡眠的三大机制
（1）昼夜节律
很多有机生命体都拥有一种特殊的内部时钟——昼夜节律，这种时钟能够帮助它们预料并且适应大自然时钟。它也叫生理时钟，是一种内源性、持续性的生理现象，呈现出约24小时周期性的变动。因为我们有内在的生理时钟，我们的身体能感知到什么时候该睡觉，以及什么时候该醒来，而且这会自动与外界昼夜同步。大家应该都有熬夜的经验，熬过最困乏的时间，撑过疲劳因子最强的时段，有人会觉得又变精神了，可以神采奕奕地迎接新的一天。但一般人下午会开始犯困，极个别人能熬到晚上。这就是昼夜节律在起作用。
（2）睡眠驱动
简单说，健康的成年人每天需要约8小时的睡眠量，我们后面会详细解释原因。根据我们白天的行为和饮食所需的代谢需求，会产生对应的睡眠需求时间，睡眠驱动也可以叫作睡眠需求，或叫疲劳因子，是一种我们醒得越久就会越想睡的生理机制。睡眠正常的人会有这样的经验：如果前一天晚上熬夜，睡得很少或完全没睡，第二天明显更困，晚上就会睡得更久、更沉；如果当天下午睡得太多，晚上会睡不着，这都是睡眠作为代谢需求的正常现象。
（3）清醒系统
在远古时期，清醒系统防止我们在睡眠状态下受到外界攻击，与另外两个内源性的睡眠机制产生一定的对抗作用，让人遇到危险信号就减少睡眠，即便很疲劳也会让我们在夜间不彻底睡死，同时要在天亮时醒来，防止被大型食肉动物捕食等。在现代社会，清醒系统主要是保证我们在白天能准时起床开始一天的工作和学习。如果在白天遇到重要事件或突发事件，夜间大脑会通过提高清醒度，加深我们的危机感或者焦虑感让我们保持警惕，当然这样也可能导致失眠。
大家都知道睡眠是受生物钟控制的，人类的睡眠在很大程度上是一种可受主观意愿控制的行为。大家常用的术语“节律”（circadian）来自拉丁语，原意为“一天”，本意是随太阳、月亮变化的一天内产生的活动。睡眠是地球上几乎所有动物进化出的基本能力（极少数动物暂未观察到睡眠行为），这是生物为了适应地球24小时周期性而具备的 昼夜节律。不同的动物进化出了不同的生存方式， 白天活跃的动物被称为“昼行动物”，晚上活跃的动物被称为“夜行动物”。被置于始终黑暗的实验环境中时，不论是昼行动物还是夜行动物的行为和生理都仍然表现出24小时周期性。
虽然动植物都有昼夜节律，但唯独以人类为代表的灵长类动物能保持16小时的清醒活动，在晚上一次性睡够8小时，这种叫作单相睡眠的能力是动物进化出的高级能力。而其他动物都需要活动一会儿就睡一会儿，无法坚持长时间睡眠，这必然也导致决定它们智力的逻辑判断和记忆能力不如灵长类动物。至于单相睡眠能力为什么高级，我们稍后会详细分析。这里我们先来了解一下醒与睡是个多么复杂的过程，这有助于我们理解睡眠的作用和重要性（见图1-2）。
图1-2 人体睡眠-清醒转换机制
睡觉时，我们体内在上演一场“激素交响曲”，身体会释放很多的激素。虽然身体会根据睡眠状况分泌大量激素和神经递质，依据身体的生物钟而灵活变化，但并不是所有激素都在睡觉期间分泌，很多激素虽然是在白天分泌，但是它们的分泌也都有强烈的昼夜节律，如果节律被打破也会产生混乱。正常成年人的人体激素大部分都是在夜间11点到凌晨2点分泌最多，次高峰是早上4点左右，所以按照自然昼夜节律睡觉是很重要的。这再次说明睡眠驱动本质是一种代谢需求。激素出问题，人的稳态平衡就被打破，轻则长痘痘、免疫力下降，重则癌症高发，造成生命危险。
昼夜节律由大脑中的视交叉上核（SCN）来控制。简单地说，眼睛将有关光明和黑暗的信息传递到视交叉上核，使人体内的节奏与外部环境保持同步。这个位于下丘脑的区域控制着唤醒和协调睡眠的神经递质。更具体地说，它是通过一种叫食欲素（orexin）的神经肽来调节觉醒、入睡和食欲的。人脑中有上万个神经元可以产生食欲素，这些神经元直接刺激唤醒中心以及大脑皮层。 清醒系统 可以保证我们有足够的供能和其他生存机能的正常运转。
有的人白天努力工作，消耗很多脑力和体力，代谢需求的疲劳因子已经足够；日出而作，日落而息，昼夜节律也满足生理时钟。但为什么到了晚上，还是睡不着呢？这往往是因为清醒系统过于兴奋，对于即将发生的重大事件过度担忧，对于已经发生的事情想不通，有心结没解开。
因此，随着白天的时间流逝，体内的平衡机制会调节 睡眠驱动 ，人思考和劳作得越多，调节体内平衡的睡眠驱动力也增加得越多（也就是人所感受到的疲劳），体内节律控制器也会随时间变化去控制不同激素分泌的增加和减少，比如让皮质醇减少、褪黑素增加从而触发困意，身体自然就会放松下来，清醒系统作用降到最低，使你可以到时间就睡觉。在你入睡时，褪黑素持续产生，并且睡眠驱动力开始逐渐减弱。最后，就在你醒来之前，褪黑素的产生停止了，开启昼夜节律唤醒功能，进入新的一天。
因此，正如上面所说，睡眠和警觉性的切换主要由三个体内机制控制：
睡眠驱动、昼夜节律和清醒系统
。“日出而作，日落而息”就是这三大系统协调的结果，让我们的作息能够伴随着大自然的变化而改变，像潮汐一样规律自然。如果从睡眠机制的代谢需求、昼夜节律、清醒系统三大因素的角度看待失眠等睡眠障碍，我们可以将睡眠障碍理解为代谢需求与生物钟的紊乱，又或者是清醒系统的过度兴奋。