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生活没什么可怕的，只需要了解就好。
现在是时候增进了解了，这样我们就不会那么害怕。
——玛丽·斯克沃多夫斯卡-居里
（Marie Skłodowska-Curie）
40年前，我在布里斯托大学动物学系读本科。当时，我想成为科学家，但并不清楚这意味着什么，也不知道它涉及哪些东西。在年轻的我自由散漫的脑海中，“生物钟”只是个模糊的概念。不过，读本科的最后一年，我在一场探讨生物节律的国际会议上做了志愿者。那项工作要求不高，我在会场上转来转去，不但听了许多讲座，还见到了该领域当时的领军人物。凭借年轻人的自信（也许是傲慢），我以为那些学界大佬会想跟我聊天，就像我想跟他们聊天一样。大多数人都不吝拨冗与我交谈，我也的确学到了一课，那就是千万别在吃早餐时接近某位资深教授（那人沉默地凝视一根油腻的香肠，竟能传达出那么多含义，真是令人惊讶……）。从许多方面来看，那段经历都对我影响深远。我像海绵一样贪婪地汲取着科学知识。不知不觉中，那场研讨会奠定了我毕生的兴趣，也激发了我的雄心壮志，让我想要加入那个由国际学者组成的非凡团体。他们研究的是一门新兴科学——时间生物学。从大学时代一直到如今担任牛津大学昼夜节律神经科学教授、朱尔斯·索恩爵士睡眠及昼夜节律神经科学研究所（Sir Jules Thorn Sleep and Circadian Neuroscience Institute）所长，我的科学家生涯使我能与全球各地的同事交流并分享新知识。从某种意义上来说，本书是我40年来研究时间生物学的结晶。我希望能让你领略我多年来体会过的种种激动、惊讶和纯粹的喜悦。
过去几十年中，围绕生物钟与支配我们生活的24小时生物周期涌现出了许多激动人心的新发现。那些周期中最显而易见的是每天的睡眠与觉醒周期。令人惊讶的是，大多数书籍都将生物钟与睡眠分开讨论。然而最新研究证明，这么做是不全面的。不了解生物钟，就无法正确理解睡眠，而睡眠又会反过来调节生物钟。在接下来的章节中，我将同时探讨生物钟与睡眠。它们是两个密切联系、相互交织的领域，界定并支配着我们的身心健康。在很多情况下，你做事的成败（无论是下班后安全开车回家，还是通过节食达到减肥目的）取决于你是配合那些周期，还是跟它们对着干。科学和医学领域的相关信息繁多，导致人们分不清事实和传言。在健康领域，明智的建议常常会变成刺耳的命令，类似于军士长在阅兵场上喊出的口号：你“必须”保证8小时睡眠，“必须”继续与打鼾的伴侣同床共枕，睡前“不得”使用自带背光（LE）的电子阅读器。显然，生物节律和睡眠非但没有被我们视为忠实的朋友，反而经常被描绘成需要缠斗、制伏并击败的敌人。事实恰恰相反，我们需要理解并接纳这些节律。
在这本书中，我试图解读生物钟及睡眠背后的科学，希望通过有趣易读的形式，介绍一些令人惊讶、激动人心的发现。在过去40年中，身为该研究领域的科学家，我不仅从亲身经历中汲取了经验，还从与朋友和同事的讨论中受益匪浅。对于如今人们所知的时间生物学，我的那些朋友和同事都做出了直接贡献。我会列出科学知识背后的证据，告诉你如何利用那些证据做出更明智的决定或改善自己的生活——从提升睡眠质量到安排日常活动，甚至明白为什么在一天中特定时间服药或接种疫苗能获得最佳效果。本书提供的信息还能增进你对他人行为的了解，包括为什么青少年和老年人可能难以通过睡眠养精蓄锐？为什么你的情绪和决策能力从上午到下午会发生变化？以及为什么上夜班的人更容易离婚？我在书中一直强调，每个人的情况有所不同，我们固然可以归纳概括之，但取“平均值”可能产生误解。例如，女性月经周期平均是28天，但实际上只有15%的女性月经周期是28天。生物钟和睡眠的机制好比人的鞋码：世界上不存在适合所有人的码数，让每个人都穿同样的鞋码不但愚蠢至极，还会带来潜在危害。不过，很多人并没有认识到这种差异。这就是为什么媒体提供的一般性建议通常过于简单或毫无用处。
睡眠和昼夜节律源于我们的遗传、生理、行为和环境。就像我们的大多数行为一样，它们也不是固定不变的。我们的行为，如何与环境互动，如何从出生走向暮年，都会对这些节律造成影响。在从婴儿时期迈向老年的过程中，我们的生物钟及睡眠模式会发生巨大变化，但这些与年龄有关的变化并不一定是坏事。我们应该停止为自己的睡眠而担忧，接受“与众不同不一定是坏事”。我们听到的一些源自“民间智慧”的建议可能并不正确。那些“智慧”也许相当古老，最早的有文字记载的历史中可能就有它们的身影，但正如我们将在接下来的章节中看到的，某个说法不断被人提起并不意味着它必定正确，“翻转婴儿可改善其睡眠”便是一个典型例子。根据这个古老的说法，把婴儿向前翻一圈，让孩子头朝下脚朝上，能重置孩子体内的生物钟。这么一来，孩子就会在白天保持清醒，晚上则会好好睡觉。这个说法毫无根据。事实上，这个民间传说可能来自绝望的父母。长期睡眠不足（尤其是对新手父母来说）会严重影响判断力和理性行事的能力！人们还经常提起一个说法：大脑中松果体分泌的褪黑素是一种“睡眠激素”。其实它并不是。我将在接下来的章节中解释原因。
我在本书中传达的讯息是：无论是作为个人还是社会成员，我们所有人都应该努力了解时间生物学的科学知识并据此采取行动。但为什么要费心这么做呢？在我看来，在错综复杂的当今世界中，我们需要尽可能达到身心健康的最佳状态。时间生物学知识能帮助我们应对生活中的颠簸起伏。此外，如果你想拥抱生活，发挥创造力，做出明智决定，享受与他人相处，以积极的态度看待世界，那么接纳时间生物学有助于你做到这些。为什么不充分利用我们拥有的时间，甚至延长在世上生活的时间呢？
大多数人都有种根深蒂固的傲慢，认为自己凌驾于污秽的生理系统之上，可以在任何时候做想做的事。这个假设支撑起了每周7天、每天24小时“连轴转”的现代社会与经济体系。这套经济体系依赖夜班工作者为超市进货、替办公室打扫卫生、提供全球金融服务、保护我们远离犯罪的威胁、修理铁路和公路基础设施，当然，还有在病人和伤员最脆弱的时刻照料他们。所有这些都发生在大多数人呼呼大睡之时，至少是试图进入梦乡之时。夜班工作是扰乱生物钟和睡眠的公认因素，不过许多人也都压缩过睡眠时间，因为我们试图将越来越多的工作和休闲活动塞进本就爆满的日程，最后只好将“额外”的活动推到晚上。我们之所以能全面“占据”夜晚，是因为自20世纪50年代以来，电灯在全球各地推广开来。这一美妙发明使我们能向黑夜宣战。不知不觉中，我们抛弃了自己生理系统的一个重要部分。
显然，我们无法任意选定时间做想做的事。我们的生理系统受生物钟支配，它以24小时为周期，告诉我们睡觉、吃饭、思考和执行其他无数基本任务的最佳时刻。这种日常的体内调节使机体在瞬息万变的世界中运转良好，并对生理机能做出“微调”，以便适应地球24小时自转一周形成的昼夜周期。为了让身体正常运转，我们需要在一天中适当的时间为适当部位摄入适量的适当物质。成千上万的基因必须按照特定顺序开启和关闭。蛋白质、酶、脂肪、碳水化合物、激素和其他化合物必须在特定时间吸收、分解、代谢与合成，以便实现生长、繁衍、代谢、运动、形成记忆、抵御外敌和组织修复。所有这些都需要某种生理机制，需要在一天中适当的时间做好准备。如果少了内置生物钟的精确调节，整个生理系统就会陷入混乱。
时间生物学是生物学的一个较新的分支，也是医学的新兴分支，但其起源比人们料想的早得多，可以追溯到18世纪20年代末对一种植物的研究。那种植物的拉丁文学名是 Mimosa pudica ，意为“害羞、腼腆或收缩”，也被称为“含羞草”。许多园艺爱好者对这种豆科植物都不陌生。它的叶片精致小巧，被触摸或摇晃时会闭合下垂，几分钟后又会重新张开。除了对触摸有反应之外，它的叶子还会在晚上闭合，在白天张开。法国科学家让-雅克·奥托斯·德·梅朗（Jean Jacques d'Ortous de Mairan）就研究过这种植物。
就我们的故事而言，德·梅朗的开创性观察结果是，在完全黑暗的环境中，含羞草的叶子仍会呈现有节律的开合，这种情况会持续若干天。这让他相当惊讶。显然，促成这种周期运动的不是光暗变化，那会是什么呢？会是温度吗？1759年，另一位法国科学家亨利-路易·杜默·德·孟梭（Henri-Louis Duhamel du Monceau）研究了温度变化。他把含羞草带进了一座黑暗恒温的盐矿，发现这种节律仍然存在。到了1832年，瑞士科学家阿尔逢斯·德·康多（Alphonse deCandolle）在恒定条件下研究了含羞草，发现这些“自由运转”的叶片的开合周期并不完全是24小时，而是22—23小时。
接下来的150年里，科学家在恒定条件下观察到许多动植物都存在周期为一天（接近但不完全是24小时）的节律，这种节律后来被称为“昼夜节律”（circadian rhythm，也称为“近日节律”，cara意为“大约”，dia意为“一天”）。不过，研究人类身上的昼夜节律起步很晚。20世纪30年代末，美国生理学家纳瑟尼尔·克莱特曼（Nathaniel Kleitman）通过观察，发现人类身上也存在昼夜节律的迹象。1938年6月4日到7月6日，克莱特曼和学生布鲁斯·理查森（Bruce Richardson）一直待在美国肯塔基州的猛犸洞（Mammoth Cave）深处。洞里没有自然光照，温度恒定在凉爽的12.2℃。不过，洞内照明依靠油灯，所以说条件并非完全恒定。此外，他们不得不与一大群好奇的老鼠和蟑螂分享住处。为了防止老鼠和蟑螂钻进被褥，他们只好把床的四条腿放进装有消毒剂的大罐子中。他们记录了自己入睡和醒来的时间，并测量每天的体温变化。结果显示，他们的体温和睡眠/觉醒时间仍然呈现大致24小时的周期。
直到20世纪60年代，人们才意识到上述发现真正的意义。该领域的先驱尤金·阿绍夫（Jürgen Aschoff）在安德希斯（Andechs）建造了一座“地堡”。安德希斯小镇位于德国巴伐利亚州（Bavaria），镇上有一座本笃会修道院，从1455年起就酿造啤酒。在泡小酒馆之余，若干名大学本科生被安置在地堡，一直待在地下的昏暗环境中，对外部环境时间一无所知，但可以使用床头灯。所以说，他们并没有真正处于恒定的照明条件下。阿绍夫连续多天监测这些学生的睡眠/觉醒周期、体温、尿液和其他分泌物，发现这些指标在半恒定条件下呈现出以约24小时为周期的模式。根据上述实验，阿绍夫指出人类生物钟运转周期约为25小时。而哈佛大学的查尔斯·采斯勒（Charles Czeisler）研究小组最近的研究表明，人类生物钟平均运作周期接近24小时11分钟。这一差异正是阿绍夫与哈佛大学研究团队之间的摩擦点。如今学界的共识是，这种差异是地堡实验中使用床头灯造成的。阿绍夫是个了不起的人物，我从他身上学到了很多东西，既有科学方面的，也有社交方面的。大约25年前，在巴伐利亚州的一场暑期学校派对上，我开了一瓶酒。几分钟后，只听见阿绍夫一声怒吼：“是谁把软木塞留在了开瓶器上？”我承认是我干的。他对所有人大声说：“千万别把软木塞留在开瓶器上，这很不礼貌。”从那以后，我再也没做过这种事。
到20世纪60年代，科学家已经从许多不同的动植物（包括人类自己）身上发现了昼夜节律。这种节律在恒定条件下持续存在（自由运转），周期接近但不完全是24小时。几乎所有人都接受这些节律是源于自身的，也就是说它们是“内源性”的。但正如所有科学分支一样，除非处于独裁统治之下，否则研究者对任何东西的看法都不会完全相同。不过，存在异议是好事，因为它会促使科学家们改进实验，为验证假设打造更坚实的“证据基础”。最著名的异议者是芝加哥西北大学的弗兰克·布朗（Frank Brown）教授。他认为，生物节律受到某些地球物理周期驱动，例如电磁场（EMF）、宇宙辐射或其他尚不为人知的力量。他的核心论点是，没有哪种生理机能不受温度影响。这个说法并非毫无道理。温度升高时，生理反应会加快，温度降低则会使生理反应速度放缓。但对生物钟来说，要想保持精准守时，就必须始终以相同的速度运转。对此，我们还需要进一步的研究。对植物和“冷血动物”昆虫的研究表明，环境温度发生巨大变化后，生物钟仍能守时。布朗提出的假设是错误的，但这引出了一系列实验，那些实验证明，生物钟拥有“温度补偿”功能，能在不同温度条件下保持稳定。以24小时为周期的内源性生物钟必定存在！
体内的生物钟不但让我们知道时间，还能预测时间，至少能预测环境中常规发生的事件。正如前面提到的，我们的身体需要在一天中适当的时间，为适当的部位摄入适量的适当物质，而生物钟能够预测这些不同的需求。通过预测即将到来的一天，我们的身体能提前做好准备，以便立刻充分利用“新”环境。血压、代谢和其他许多生物过程都会在新一天的黎明到来前加速。如果我们只有在接受黎明的光照后，才从睡眠状态切换到活动状态，那就得浪费宝贵的时间去调整消化、感官、免疫、肌肉和神经系统，而无法让它们提前为采取行动做好准备。从睡眠状态切换到活动状态需要几个小时，适应力差的生物在生存之战中将处于劣势。
到目前为止，我已经提及了体内生物钟三个基本特征中的两个：其一，能够在恒定条件下保持约24小时的周期；其二，即使环境温度急剧变化，也能保持接近24小时的周期，展现出温度补偿能力。生物钟的第三个特征称为“节律同步”。这种能力极其重要，我将在本书第三章中详细讨论。对于节律同步的重要性，我的看法也许失之偏颇，因为它是我职业生涯中大部分时间都在研究的课题。正如前面提到的，生物钟的运转时间并不完全是24小时，而是稍快或稍慢一些。从这个角度来看，生物钟就像古旧的机械老爷钟，需要每天稍作校准，才能确保与天文日保持一致。如果少了这种每日校准，生物钟很快就会出现偏差（自由运转），与外界的昼夜周期不符。但是，只有与当地时间相符，生物钟才能发挥作用。对于包括我们在内的大多数动植物而言，为了让体内时间与外界保持一致，最重要的“同步信号”是光，尤其是日出日落前后的光线变化。人类和其他哺乳动物能靠眼睛检测黎明和黄昏，让自己的生物钟与太阳运行周期保持同步，失去视力则会阻碍这种校准。由于遗传、战斗或事故失去视力的人，其生物钟会渐渐出现偏差：某几天内能在适当的时间起床和入睡，随后出现偏差，想要在不当的时间睡觉、吃饭和活动，如此循环往复。如果此人生物钟的周期是24小时15分钟，那么其前后两次正确感知中午12点之间会相隔96天左右，因为生物钟每天都会晚15分钟。盲人的体验类似于一直受到时差影响，他们会变成“时盲”（time blind）。我将在后续章节中详细讨论。
尽管睡眠/觉醒周期是人类24小时节律中最显而易见的一种，但在我早年参加的会议上，几乎没有人谈论睡眠。在我和当时的许多人看来，睡眠是个模糊含混的研究课题，无法得出清晰确切的答案。睡眠也与抽象的哲学概念相连，例如“心灵”“意识”和“梦”。在大多数人看来，它实在是太难以捉摸了。大多数昼夜节律研究者，包括我自己在内，都对睡眠没什么兴趣。这反映了昼夜节律研究与睡眠研究领域不同的起源。时间生物学是由研究各类动植物的生物学家创立的，睡眠研究则源于医学和对人类脑电活动的记录，也就是所谓的“脑电波”。研究者一直运用脑电图（EEG）对睡眠进行深入研究，关注点是“脑电图在睡眠和疾病的不同阶段如何变化”。根据脑电图记录的脑电波活动以及眼球运动和肌肉活动，睡眠被分为快速眼动睡眠（REM）和包含三个阶段的非快速眼动睡眠（NREM）
。机体清醒时，脑电图显示的脑电波活动振幅小、速度快，而进入非快速眼动睡眠时，脑电波活动的振幅大、速度慢，直到我们陷入最深沉的睡眠，也就是通常所说的慢波睡眠（SWS）。从这种深度睡眠状态，脑电图会再次过渡到振幅小、速度快。这时，我们就进入了快速眼动睡眠，它也被称为“异相睡眠”，因为此时的脑电图与清醒时类似。在快速眼动睡眠期间，我们颈部以下肌肉松弛，同时眼睛在眼皮底下迅速左右摆动——快速眼动睡眠正是由此得名。这种快速眼动/非快速眼动变化周期为70—90分钟。在一整晚的睡眠过程中，我们会经历4—5个快速眼动/非快速眼动周期，然后从快速眼动睡眠中自然醒来。在猛犸洞实验大约15年后，即1953年，纳瑟尼尔·克莱特曼和另一名学生尤金·阿瑟林斯基（Eugene Aserinsky）发现并命名了快速眼动睡眠，并将快速眼动睡眠与最复杂也最生动的梦境联系在一起。如果你养过狗，可能会注意到，狗在睡觉时会发出呜咽或咆哮，四条腿做出奔跑的动作，像在追逐兔子一样。类似的行为使一些科学家认为，狗乃至许多哺乳动物也会在快速眼动睡眠期间做梦。如果你没有养过狗，也可以观察枕边人在快速眼动睡眠期间的表现，那会很有意思。不过，如果对方突然醒来，发现你在盯着他看，也许会吓一跳！
昼夜节律研究者和睡眠研究者开始认真交流并参加同样的会议仅仅是最近20年的事，尤其是在过去的10年中。事实上，现在的会议都旨在同时吸引上述两类科学家。如今，我自诩既是昼夜节律研究者，也是睡眠研究者。那么，是什么让我开始研究睡眠的呢？这要说到一个决定性时刻，那是一次让我大为震撼的简短讨论。当时我还在做上一份工作，大多数时间都跟神经科学家和精神病学家待在同一栋楼里。事情要说回2001年，当时我在伦敦西部的查令十字医院（Charing Cross Hospital）工作，在搭乘一部晃晃悠悠的电梯时遇到了一名精神病学家。他问我：“你是研究睡眠的，对吧？”我礼貌地回答：“不，我研究的是昼夜节律。”他无视两者之间的微妙差别，接着说：“我的精神分裂症病人睡眠质量很差。我觉得，那是因为他们没有工作，所以会晚睡晚起，这也就意味着他们会错过诊所预约，缺少社交，交不到朋友。”用“没有工作”来解释睡眠问题，在我听来根本不成立。于是，我与另一位精神病学家合作，研究20名精神分裂症患者的睡眠模式。我们拿这组人的睡眠情况与同龄的失业者作比较，结果令我大吃一惊。精神分裂症患者的睡眠/觉醒模式不光是糟糕，简直是糟透了，而且与普通失业者截然不同，后者的睡眠模式则与上班族十分相似。
精神分裂症患者的慢波睡眠极少，甚至根本没有慢波睡眠，快速眼动睡眠也出现了异常。我想知道，为什么这些人的睡眠模式会崩溃？这成了我研究精神疾病患者睡眠的起点，也为研究其他疾病患者的睡眠奠定了基础。有趣的是，我有许多研究昼夜节律的同事，出于各种各样的原因，在过去10年中他们也踏进了睡眠研究领域。也许是年岁增加给了我们智慧或勇气吧。更重要的是，拥有多种大脑监测技术的新一代神经科学家选择了研究睡眠，并不断发表惊人的研究成果。
尽管睡眠研究仍然云山雾罩，但如今它已不再像我刚踏进这一领域时那样，被人们视为难以解读的“黑匣子”。众多新研究成果大大提升了我们的基本认知，包括睡眠是如何从大脑中产生的，以及睡眠如何受到环境调节。如今我们还认识到，人类会在睡眠期间构建大部分记忆，同时解决问题并处理情绪，外加清除活动期间积累的危险毒素，修复代谢途径并重新平衡能量储备。如果无法获得充足的睡眠，我们的大脑机能、情绪和身体都会崩溃。例如，睡眠异常会使我们更容易罹患心脏病、2型糖尿病、传染病甚至癌症。简而言之，睡眠确保了机体在清醒状态下正常运转，而睡眠不足与昼夜节律紊乱会影响身心健康。有众多证据证明了睡眠的重要性，但社会各界还没有充分认识到我们生理机制的这个重要部分。毕竟，人一生中有36%的时间在睡觉。在长达5年的培训过程中，大多数医学生只会听到一两场关于睡眠的讲座，涉及的内容通常是睡眠期间的脑电活动，而不是我将在本书中讨论的昼夜节律及睡眠的新科学。此外，职场上也存在许多关于睡眠的草率观念。雇主通常认为夜班工作者能适应夜间工作的要求，这种想法是错误的。员工可能因上夜班而罹患疾病，更容易体重超标甚至精神受损，离婚和出交通事故的风险也更高。当整个社会每周7天、每天24小时“连轴转”，当我们将越来越多的活动塞进爆满的日程，睡眠就会成为无辜的牺牲品。
我的核心目标是，通过提供基于最新科学的信息和指导，赋予读者力量。借助以下章节介绍的内容，你将更好地了解是什么让自己的生物钟运转起来。更关键的是，无论你年纪多大、所处环境如何，都可以运用这些知识，制定最适合自己的作息时间表。我想要打破一些迷思，或许还能戳破一些谎言，包括大众认为青少年都很懒，或者将凌晨4点起床工作的企业高管视为学习榜样。正如你将看到的，本书涉及人类生理多方面的内容，我希望它能激励你深入挖掘相关课题。
本书每一章都将探讨一个核心课题，介绍该课题背后的科学知识，然后讨论会影响我们身心健康的问题。有些科学知识可能有点儿复杂，但它们是理解生理与健康的基础。本书的架构也是为了达成这个目的。你可以轻松跳回先前的章节，复习前面提过的内容。最后，每章末尾都有一个简短的“问答”部分，回答人们经常向我和同事提出的一些问题。“问答”部分还将为你提供额外信息，虽说有时候不那么直截了当。我想强调的是，我无意提供医疗建议，你最好还是询问医生。不过，我会试着解释为什么某些行为可能有助于你达到最佳健康状态和规避潜在风险。具体包括：为什么要在特定时间进食，最好在什么时候锻炼，该在什么时候服药，为什么不该在清晨开车。我说这些，并不是为了指责你做得不对，而是为了给你提供最新信息。你可以选择采纳，也可以选择忽略，但要弄清自己这么做的后果。
你还会发现，书后的附录一会指导你如何写睡眠日记，监测自己的睡眠/觉醒模式。附录一还包含一份调查问卷，帮助你评估自己的“睡眠时型”（chronotype），弄清你究竟属于“早晨型”“中间型”还是“夜晚型”。附录二是对免疫系统的简要概述，展示了这一人体重要生理机制的复杂之处。本书第十一章也提及了相关内容。
我希望你喜欢这本书，并能从新兴的时间生物学中得到启发。最重要的是，希望你会想要应用这门科学，让自己的身心更加健康并提升幸福感。我还希望，经过一段时间的思考后，你会赞同我的观点：通过接纳这些知识，你会更有创意，做出更明智的决定，从他人的陪伴中获益，充满好奇地看待周遭世界和它所提供的一切。
写于牛津
2022年1月