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当记忆第一次在脑内被编码时，它是脆弱的，容易受到其他新形成的记忆的干扰和简单遗忘的影响。如果这段记忆在几秒钟内没有被遗忘，好比你对这句话开头的记忆，它就会在几个小时内保持相对脆弱的状态，直到脑有机会去“巩固”它。这个过程涉及新蛋白质的合成，新蛋白质巩固了神经细胞之间的网络，这些神经细胞网络共同构成了记忆的生理基础。
1900年，德国心理学家格奥尔格·埃利亚斯·缪勒（Georg Elias Müller）和他的学生阿尔方斯·皮尔策克（Alfons Pilzecker）首次描述了记忆的巩固过程。但是，关于睡眠在这一过程中发挥了额外的、有时是关键作用的证据是在很久以后才出现的，这主要的功劳属于法国的伊丽莎白·亨纳文（Elizabeth Hennevin）和加拿大的卡莱尔·史密斯（Carlyle Smith）。在20世纪70年代和80年代，他们共同发表了20多篇关于睡眠和记忆的文章。尽管他们一直在发表高质量的文章，但直到2001年，在缪勒和皮尔策克首次描述记忆巩固的整整一百年后，鲍勃实验室才在著名的《科学》杂志上发表了一篇题为《睡眠、学习和睡梦：离线记忆再加工》（Sleep, Learning, and Dreams:Off-line Memory Reprocessing）的文章，最终推动学术界认真对待睡眠依赖性记忆巩固的观点。它宣布了一个睡眠和梦研究的新时代，大胆地宣称：
来自各神经科学领域的融合证据和新的研究方法，使我们能够对睡眠在离线记忆再加工中的作用，以及梦的性质和功能进行神经科学研究。现有证据支持睡眠在一系列学习和记忆任务的巩固中的作用。此外，新的方法可以让我们在睡眠开始时对梦的内容进行实验性操作，从而可以对梦境形成进行客观和科学的研究，并重新寻找梦的可能功能和支持它的生物学基础。 10
自2001年以来，出现了一千多篇科学论文，扩展了我们对睡眠如何稳定、增强、整合、分析，甚至改变记忆的知识，这些进展极大地促进了我们对记忆的认识，也改善了我们对记忆的理解方式。你可能已经注意到，我们把这一节命名为“睡眠和记忆的演变”，而不是“睡眠和记忆的巩固”。尽管睡眠确实巩固了新近形成的记忆，并使它们更不容易受到干扰和遗忘，但它的作用远不止于此。记忆演化这一术语承认了这一点，也承认了记忆在我们的一生中会以多种方式继续变化的事实。
睡眠可以增强许多形式的记忆，例如，学习乐器或从事体操等涉及学习复杂动作序列所需的运动（肌肉）技能。一个在钢琴上练习肖邦小调的学生报告说，他们在一些无法掌握的小段落上卡住时，曾沮丧地放弃了，但第二天早上回来继续练习时，第一次就可以弹得很完美，而这种情况并不罕见。当被问及如何理解这种现象时，这些人通常会说，可能在他们前一天停止练习的时候，他们已经掌握了这首曲子，只是太累了，无法弹奏出来。但他们错了。看来，他们实际上是在那晚睡觉时完善了弹琴的技巧。
我们没有研究过钢琴家，但我们研究过普通人学习在电脑上输入数字序列4-1-3-2-4的过程。经过五六分钟的手指敲击练习，他们的速度通常提高约60%，但随后他们的速度趋于平稳，在10分钟的训练结束时，他们的速度没有任何提高。然后我们让他们离开12个小时，之后我们只对他们进行1分钟的测试。当我们在早上训练参与者并在晚上测试他们时，我们发现他们并没有忘记他们所学的东西；我们观察到的是他们打字的速度和训练结束时一样快，只是没有变得更好。但是，当我们在晚上训练他们，并让他们在睡了一夜之后的第二天再来训练时，他们的速度提高了15%到20%，而且犯的错误也少了。一夜之间，沉睡的脑实际上提高了他们输入序列的能力。在学习视觉和听觉辨别技能方面也出现了类似的睡眠依赖性的进步。在所有这些案例中，参与者在一夜之间表现出极大的提高，在白天清醒的同等时段内却没有任何改善。正如加州大学伯克利分校的马特·沃克（Matt Walker）所总结的那样：“有睡眠的练习才是完美的。” 11
在某些情况下，睡眠实际上使你的记忆力变差，虽然这样对你更有利。在一项显示了这种效果的研究中，彼时还在鲍勃实验室做博士后的杰西卡·佩恩（Jessica Payne）让参与者听几个词列表，并告诉他们要努力记住这些词。例如，一个列表包括了护士、病人、律师、药物、健康、医院、牙医、医师、生病、病人、办公室和听诊器等词。然后，在20分钟后或12小时后，她要求他们写下他们能记住的所有词。在其他研究中，对参与者的测试是给他们一个新的词列表，问他们新列表中的哪些词也在旧列表中出现过。
你可以自己试试。在不回过头看上面的列表的情况下，试着记住这些词中哪些是在列表上的：棉花、药物、病人、桌子、医生、信。如果你选择了“医生”作为原始列表中的一个词，那你错得并不孤单。在杰西卡的研究中，多达一半的参与者写道，他们记得听到了“医生”一词， 12 这并不令人惊讶。他们之所以犯这个错误，是因为原来的列表是由那些在听到“医生”这个词时最常想到的词组成的。由于原始列表中的所有词都与“医生”有很强的关联，脑准确地计算出，“医生”这个词代表了列表的要点，然后错误地得出结论，认为它一定在列表中。因此，“医生”可以被认为是这份列表的标题。其他的列表也是以同样的方式构建的，围绕着其他的词，而在每一种情况下，这些词都没有被包括在列表中。
这个实验中发生了什么？无论参与者在测试前的12小时内是清醒的还是睡过觉的，他们都忘记了最初记忆的30%到40%的词。（初始水平是在他们看到列表的20分钟后进行测试得到的值。）但对于他们错误地记得的标题词，在最终测试前一直保持清醒的参与者“忘记”了其中的20%，而那些睡了一晚上的参与者实际上还多“记住”了5%到10%的标题词。睡眠选择性地稳定甚至增强了对这些标题词的错误记忆，而忘记了列表上的实际词汇。有趣的是，这种现象与梦并不一样。
梦境并不完全重放记忆；它创造了一种叙述，其要点与最近的一些记忆相同，而且可能有相同的标题。这是我们第一个用以说明睡眠中的记忆演变与做梦类似的例子。我们在第7章谈论梦的功能时，会再回头来讨论它。但现在请注意，这是一个梦境内容与睡眠中的记忆加工相匹配的例子。
诚然，在这种情况下，从表面上来说，睡眠使参与者的记忆力恶化了，因为他们记住了更多实际上并不在列表上的词。但我们认为这是个错误的思考角度。除非要回校参加考试或在法庭上作证，否则我们很少需要完美地记住事物本身的样子，而且记忆系统不太可能以“完全回忆”为目标进行演化。相反，演化的目标是建立一个能记住对未来最有用的事物的系统。
哈佛大学的心理学教授丹·沙克特（Dan Schacter）认为，记忆是关于未来的，而不是关于过去的。 13 记忆的演化并不是为了让我们在年老时有东西可以回忆；记忆的演化是因为那些不从过去汲取教训的人注定要重蹈覆辙。记忆的演化是为了在我们遇到与以前类似的情况时不会在同一个地方再次跌倒。因此，当面对一串相关的词时，一个高效的记忆加工系统可能会优先提取和保留这串词的共同主题（或要点），而不是专注于具体的词。事实上，你能从列表中回忆起多少词，取决于你记住了多少要点词，因为它们有助于你记住列表。最初，脑似乎既能记住要点，也能记住实际的词，但它在长期记忆中高效存储100个词的能力是有限度的。似乎脑需要从其他任务中抽出时间，它需要通过睡觉，来决定哪个词更重要。
睡眠在形成我们的自我意识方面也起着重要作用。我们如何看待自己是谁，在很大程度上取决于我们对生活中重要事件的自传体记忆（autobiographical memory），而睡眠有助于形成这些记忆。一些实验室已经表明，睡眠优先巩固情绪记忆（emotional memory），而将不太感兴趣的记忆遗忘掉。杰西卡·佩恩扩展了这些研究结果，表明睡眠甚至可以选择性地巩固场景照片中的情绪部分（例如，记住一辆撞毁的汽车，而不是背景中的棕榈树），而让照片中的其他细节被遗忘。 14
只有照片中的情绪对象会受益于一夜的睡眠，而其他没有情绪成分的对象或中性背景则无此待遇。正是自传性经历的这些关键情绪元素，我们最能记住并有意识和无意识地使用的情绪元素，构建了我们对自己的感觉。完全可以说，吾即吾所睡。当然，同样地，梦更多地捕捉到了清醒事件中的情绪，比那些事件的细节要多得多，这也是睡眠中梦的内容与记忆加工相匹配的第二个例子。
睡眠也可以安抚我们在回忆时的情绪反应。与鲍勃一起进行手指敲击实验的马特·沃克创造了一个表达，即“一觉忘却，一觉铭记”（Sleep to forget, sleep to remember） 15 来描述这个过程。尽管睡眠有选择地保留了我们的情绪记忆，但它降低了我们再次回顾这段记忆时的情绪反应强度。这种情绪反应的安抚是从创伤事件中恢复的一个关键因素。让我们再次感谢睡眠带来的好处吧。
睡眠还可以在我们的日常事件中发现规律，找到清醒时脑无法获得的世界运作的规则。有一项研究证明了睡眠的这种神奇能力。它是由鲍勃的另一位博士后伊娜·琼拉吉克（Ina Djonlagic）进行的，她是哈佛大学医学院专门研究睡眠障碍的神经学家 16 。它有点像21点游戏，但它使用一副只包含四张A的牌（见图5-1）。在游戏的每一“手”中，参与者发一张、两张或三张A牌，然后必须预测庄家持有的是“晴”牌还是“雨”牌。
图5-1 天气预测任务中卡牌的预测概率
起初，参与者完全没法猜测结果，例如，由红桃A和梅花A组成的手牌可能会意味着庄家的牌是什么。但在200次训练试验中，他们被告知庄家持有什么牌，因此他们逐渐了解到自己的手牌可以预测庄家持有什么牌。棘手的是这是一个概率任务；有时给定的手牌会预测雨牌，但其他时候会预测晴牌，而四张A单独预测雨牌的概率从25%到75%不等。尽管如此，在随后给出的100次测试试验中，大多数参与者都能得到70%至80%的正确率，能正确挑选出最有可能出现在庄家手中的牌。一个人随机猜对这么多次的概率不到百万分之一，所以我们知道参与者正在合理地学习这项任务。但是，他们从来都做不到完美。他们形成了一种感觉，知道它是如何运作的，但实际上并没有弄清楚规则。
睡眠能帮助他们提高吗？参与者在早上接受训练和初始测试，然后在晚上再次测试，他们仍然记得早上所学的东西，这是相当了不起的。但是他们并没有明显地比早上的时候表现更好。相反，那些在晚上接受培训的人，在第二天早上重新测试时，他们的表现要比之前好10%到15%。
不知何故，在伊娜的研究中，参与者在第二天早上对测试有了更好的理解。虽然这只是他们世界的一小部分，但从一个非常真实的角度上来说，他们在第二天早上比前一天晚上睡觉前更好地理解了世界的运作方式。事实上，我们认为，对每个人来说，对世界的理解大部分是由成千上万个像这样的夜晚构建起来的。在某些情况下，记住一个梦也会有同样的效果。作为梦境内容与睡眠依赖性记忆加工相匹配的另一个例子，不止一位诺贝尔奖获得者将他们获奖的发现归功于梦。梦向他们揭示了世界的某些部分是如何运作的。
甚至婴儿也利用他们的睡眠从周围的世界中提取规律。亚利桑那大学图森校区的丽贝卡·戈麦斯（Rebecca Gomez）研究了婴儿的睡眠和记忆，并表明婴儿可以快速地学习人工语法，即一套解释新发明的词语如何构建的规则。但如果他们想记住它，就需要在学习之后小睡一下。 17
我们来看戈麦斯如何揭示这一点的。她创造了48个由三部分组成的无意义单词，如pel-wadim-jic和vot-puser-rud。一半的单词以pel开头，一半以vot开头，语法规则是：以pel开头的单词总是以jic结束，而以vot开头的单词总是以rud结束。在婴儿安静地玩耍时，反复播放单词的录音，持续15分钟。
四个小时后，那些在听完录音后至少睡了30分钟的孩子表明他们知道这些语法。每当他们听到一个不符合语法的词，例如一个以pel开头但以rud结尾的词，他们的反应是惊讶。但是，当他们听到一个符合语法模式的单词时，比如以vot开头、以rud结尾的单词，他们似乎并不会感到惊讶，即使他们以前从未听过这个单词。第二天早上，在头4个小时内睡过觉的孩子仍然记得这些语法；而那些没有睡过觉的孩子似乎已经忘记了。
与成年人不同，婴儿需要午睡的原因之一似乎是他们还无法将新的记忆保持足够长的时间，等到一整天结束后再睡觉。这甚至可能是他们在没有得到午睡时会变得非常暴躁的原因。婴儿是不间断的“学习机器”，如果没有定期的小睡让他们沉睡的脑加工一下小脑袋所吸收的新信息，他们就会超负荷。他们会开始感到精疲力竭，就像成年人在没有休息的情况下接收了太多的信息一样。
也许最令人印象深刻的睡眠依赖性记忆演化的形式，尤其是依赖快速眼动睡眠的记忆演化，是能够提高第二天的创造力和洞察力。这种好处在梦境回忆之后也能看到。在萨拉·梅德尼克（Sara Mednick）利用远距离联想任务（Remote Associates Task）进行的一项研究中，一次小睡足以帮助参与者找出将其他三个单词联系在一起的单个单词。也许你能找出图5-2中的缺失单词。 18
图5-2 远距离联想任务的例子
如果你不能，也不用担心，不过你可能想在睡一觉后再试一下。快速眼动睡眠提供了一种脑状态，在这种状态下，意外的弱联想比正常的强联想被更强烈地激活。 19 这解释了它如何帮助找到远距离联想，也许也解释了我们在快速眼动睡眠中梦到的怪异现象。
不论是天气预测任务中的规律识别和婴儿的语法学习，还是刚才描述的远距离联想任务中的创造力和洞察力，这些任务的共性就是问题解决。无论你习惯用英文说“睡在问题上”还是用法文说“带着问题入睡”，我们都有一个直观的知识，即睡眠能帮助我们做出困难的选择。
面对选择做一份无聊但高薪的工作还是做一份令人兴奋但低薪的工作，我们会怎么做？我们会“先睡一觉”。很多时候，在第二天早上醒来时，决定自然而然就出来了。没有对备选方案进行评估，没有对选择的理由进行解释，但我们得到了一个选择。就像在天气预测任务中，我们知道该选什么，却无法明确描述决定的依据。尽管如此，我们似乎通常可以指望这种感觉做出正确的选择。
睡眠为所有这些不同形式的记忆演化提供了一个独特的好处。但不同的睡眠阶段的贡献并不一样。例如，打字任务的改善程度取决于我们在一夜之间，特别是在深夜里，经历了多少N2睡眠。大多数言语记忆任务取决于我们获得了多少N3睡眠，而情绪记忆和问题解决任务似乎取决于快速眼动睡眠。视觉辨别任务中一夜之间的提高既取决于你在上半夜获得了多少N3睡眠，也取决于你在下半夜获得多少快速眼动睡眠。
这些独特的睡眠阶段依赖性可能解释了究竟为什么我们会演化出不同的睡眠阶段。如果我们认为睡眠是脑为记忆演化而优化的过程，那么对于加强单词列表记忆和提高打字效率来说，达到理想状态的神经生理学和神经化学过程是不同的，而且两者都可能与解决问题所需的最佳条件不同。这就说得通了。就我们所知，这是目前对人类为什么有这么多不同的睡眠阶段的最好解释。