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所有我们自以为所知道的关于梦的一切都在某一天开始变了。那是1951年12月的一个寒冷的晚上，当时尤金·阿瑟林斯基（Eugene Aserinsky）以为他的儿子阿蒙（Armond）醒了。阿瑟林斯基当时在芝加哥大学就读，是一名典型的贫困研究生。家里妻子怀孕，儿子尚幼，生活艰难。他的女儿后来回忆说：“我们当时太穷了。我父亲偷过一次土豆，这样我们才有东西吃。”但是这位30岁的阿瑟林斯基热切地想要取得博士学位。他没有学士学位，他是通过谈话获得入读研究生院的资格的。在那个12月的夜晚，他再次尝试记录他那熟睡的8岁儿子的眼动所产生的微小电信号。
阿瑟林斯基很幸运，因为在他去芝加哥大学之前，弗兰克·奥夫纳（Frank Offner）就已经在那工作了，并且发明了奥夫纳动态仪（Offner Dynograph）。这个装置可在一张连续的折叠纸上记录电信号，比如那些由眼球运动产生的信号。当它工作时，奥夫纳动态仪可以让阿瑟林斯基检测到阿蒙何时在眨眼并明显醒来。在阿蒙睡着后的某个时候，正是动态仪上记录的这种电信号，让阿瑟林斯基认为儿子已经醒来了。他走进卧室想看看儿子怎么样了。
但阿蒙并没有醒过来。他睡得正香呢！很明显，动态图出了问题。但事实并非如此；相反，阿瑟林斯基对睡眠的理解出了问题。
不出两年，阿瑟林斯基和他的研究生导师纳撒尼尔·克莱特曼（Nathaniel Kleitman）在著名的《科学》杂志上发表了一篇两页长的文章。这篇题为《睡眠中规律出现的眼球运动期及伴随现象》的论文 1 报告了整晚周期性地出现快速的、抽搐的眼球运动期。阿瑟林斯基和克莱特曼发现的是快速眼动睡眠及其在夜间每90分钟重复出现的现象。
四年后，即1957年，克莱特曼发表了另一篇论文，这篇论文是与另一位学生威廉·德门特（William Dement）合作发表的，阿瑟林斯基曾告诉他快速眼动睡眠与做梦之间存在明显的联系。德门特对这种可能性感到好奇，他记录了9个成年人总共61个晚上的睡眠，平均每晚唤醒他们6次，并收集了总共351份梦境报告。当他将快速眼动期间唤醒时记录的报告与非快速眼动期的进行比较时，结果令其震惊。 2 当参与者从非快速眼动睡眠期中醒来时，只有7%的情况下，他们提供了“连贯的、相当详细的梦境内容描述”。相比之下，从快速眼动睡眠中被唤醒后，在80%的情况下他们提供了连贯的报告，是前者的10倍以上。做梦不再是一种也许来自心灵隐秘角落的神秘精神力量。突然间，做梦有了生物学证据。
这些新发现的“快速、生硬的眼球运动”时期，正如阿瑟林斯基和克莱特曼所称，不仅仅与做梦有关。我们现在知道，在快速眼动睡眠期间，脑通常对一系列身体功能的正常细致调节似乎已经脱机。在快速眼动睡眠期间，心率、血压和呼吸都有很大变化。不仅如此，男性在快速眼动睡眠期间有长时间的勃起，女性的阴蒂有类似的肿胀。在快速眼动睡眠期间，脑活动也有明显的变化；脑电活动与人在清醒状态下的情况别无二致。其他变化使我们在快速眼动睡眠期间实际上处于瘫痪状态，几乎完全丧失了肌肉张力。甚至在快速眼动睡眠期间，大脑中释放的化学物质和调节其活动的化学物质也发生了变化。简而言之，快速眼动睡眠是一种独特的脑和身体状态，在白天或晚上的任何其他时间都不会出现。
阿瑟林斯基的发现是在德国耶拿大学（University of Jena）的神经学和精神病学教授汉斯·伯杰（Hans Berger）报告首次人脑电图（electroencephalogram，EEG）记录的22年后。脑电图是对脑中的电活动的记录。伯杰真正感兴趣的是精神能量的生理基础， 3 但当这些研究毫无进展时，他转向研究脑电活动。这是他发现快速眼动睡眠中的独特脑活动模式的绝佳时机。
但是，快速眼动睡眠中其他特征的周期性重复，可以在人类历史上的任何时候被发现。每个青春期的男孩都知道睡眠中出现的勃起现象，而罗马医生盖伦（他是皇帝马库斯·奥雷柳斯的私人医生）早在1世纪就描述了睡眠中的勃起现象 4 。如果有人费心去记录它在一整夜的睡眠中出现的情况，那么快速眼动睡眠的周期性及其与做梦的关系就会在两千年前被发现。今天，新父母经常会注意到，通过观察睡着的婴儿薄薄的眼皮，他们可以看到婴儿的快速眼动。发现快速眼动睡眠并不难，只要有人愿意去看一看。