Category: Science

人一生大约有三分之一的时间处于睡眠之中。 这件事因为过于日常，反而很容易被忽视。每天晚上，一个能够观察世界、规划未来、形成语言和维持自我意识的大脑，会主动降低对外界的响应，身体长时间静止，对危险的反应能力下降，然后几个小时以后再次恢复。 从进化角度看，这甚至是一件有些反常的事情。 一个完全不需要睡觉的动物，理论上每天可以多出数小时寻找食物、寻找配偶或者躲避天敌。如果自然选择仍然让睡眠在动物界广泛存在，那么睡眠很可能完成了某些无法轻易替代的生物学任务。 问题在于： 研究睡眠一百多年以后，科学仍然不能完整回答“为什么必须睡觉”。 而过去几年的研究，正在让这个问题变得更加奇怪。 一、睡眠可能并不是“大脑整体关闭” 过去最直观的理解是： 清醒时，大脑工作； 睡眠时，大脑休息。 现代神经科学已经基本否定了这种简单模型。 2026年6月，《Nature Neuroscience》发表了一项非常特别的小鼠实验。研究人员没有让动物进入正常睡眠，而是在动物保持清醒和活动的情况下，通过光遗传学技术，让局部大脑皮层产生类似慢波睡眠的神经活动。 慢波睡眠中，大量神经元并不是持续沉默，而是在数百毫秒尺度上反复经历： ON → OFF → ON → OFF 即神经元群体同步活跃，再同步安静。 研究人员发现，仅仅在清醒状态下人为制造这种局部 ON/OFF 周期，就能够降低该区域之后表现出的睡眠压力，同时降低兴奋性突触强度的分子指标。 更令人意外的是，在睡眠剥夺后，如果在双侧感觉运动皮层制造这种睡眠样活动，部分记忆巩固能力也能够得到恢复。 这意味着一个重要的概念正在形成： 睡眠可能不仅是一种“整个动物进入的状态”，还可能是一种神经网络能够局部执行的计算模式。 换句话说，大脑不一定只有“醒”和“睡”两个档位。 理论上可能存在： 身体仍然醒着，一部分大脑却已经开始进行类似睡眠的维护工作。 鲸类和某些鸟类能够进行单半球睡眠，本来就已经提示了这一点。如今实验室甚至开始人为制造类似的局部睡眠功能。 于是一个原本看似简单的问题——“什么时候算睡着？”——开始变得没有那么容易回答。 二、甚至连“睡意”究竟是什么，科学也才刚刚摸到边缘 每个人都认识睡意。 清醒十几个小时以后，会越来越困；如果整夜没有睡觉，第二天对睡眠的需求会非常强烈。 这种现象被称为睡眠稳态压力。 但这里存在一个长期没有解决的问题： 大脑究竟在计算什么？ 是什么东西随着清醒时间不断增加，最后告诉大脑： 必须睡觉了。 2026年，一项《Nature Neuroscience》研究找到了一个非常有意思的候选信号——色胺（tryptamine，TrpA）。 研究人员发现，小鼠和猪脑脊液中的 TrpA 水平能够反映此前的清醒和身体活动历史。清醒活跃的单胺能神经元释放 TrpA，它进一步作用于 GPR139 受体，并通过下丘脑睡眠相关区域促进睡眠。 …

在一些体检活动、健康宣传会或企业健康管理项目中，经常能看到一种颇有科技感的设备：只要把手掌贴在传感器上，等待几十秒，屏幕便会给出一个分数，用来表示近期的蔬菜摄入状况。 有的工作人员还会解释说，这个数值能够反映过去两周左右有没有经常吃蔬菜。 这类设备究竟是在检测什么？它真的能知道一个人吃过多少青菜吗？为什么有人明明只偶尔吃沙拉，数值却比周围人高出很多？ 要理解这些问题，首先要明确一点： 它并不是在直接检测蔬菜，而是在检测皮肤中的类胡萝卜素。 一、传感器真正测到的是什么 许多黄色、橙色、红色和深绿色植物中，都含有一类天然色素，统称为类胡萝卜素。 常见成员包括： 胡萝卜、南瓜、番茄、菠菜、小松菜、彩椒等食物，都是比较典型的类胡萝卜素来源。 这些物质被吃进人体后，会经过消化和吸收进入血液，随后分布到脂肪组织、肝脏、眼睛以及皮肤中。由于类胡萝卜素能够在皮肤内保存一段时间，因此皮肤中的含量可以在一定程度上反映近期的饮食状况。 手掌检测仪的核心，就是通过光学方法估算皮肤中类胡萝卜素的浓度。 设备通常会向手掌发射特定波长的光。光线进入皮肤后，一部分被吸收，一部分被散射和反射回来。不同物质对不同波长的光具有不同的吸收特征，类胡萝卜素也不例外。 传感器记录反射光的变化，再经过算法换算，最终给出一个“蔬菜摄入等级”或类似分数。 因此，它的工作逻辑可以简化为： 皮肤中的类胡萝卜素越多，通常意味着近期摄入的富含类胡萝卜素的食物越多。 二、为什么要把手掌压在传感器上 这类设备通常会要求受测者将拇指根部附近的手掌贴紧传感器。 选择手掌并不是随意决定的。 首先，手掌相对容易固定，测量时动作简单，适合在体检或健康活动中快速使用。 其次，手掌部位通常不会像脸部和手背那样经常受到阳光直射，日晒造成的色素变化相对较少。 再次，拇指根部附近的皮肤厚度较合适，能够提供较稳定的光学信号。 部分设备还会使用一定的压力，使局部血液暂时减少。这样可以降低血红蛋白对光线的干扰，使类胡萝卜素信号更容易被识别。 三、它真的能看出“两周前吃了什么”吗 不能。 这种设备无法判断某一天吃了菠菜、胡萝卜还是番茄，也不可能重建两周前的菜单。 所谓“反映过去两周左右的饮食”，只是一个便于理解的概括。 类胡萝卜素从食物中进入人体，再逐渐沉积到皮肤，需要一定时间；已经积存在皮肤中的类胡萝卜素，也不会在停止吃蔬菜后立即消失。 因此，检测结果更接近于过去数周饮食形成的综合状态，可以理解为一种“移动平均值”。 它反映的不是： 昨天吃了多少蔬菜。 而更接近： 最近几周，身体中的类胡萝卜素储备总体处于什么水平。 短时间突然多吃一两顿蔬菜，通常不会立即让分数大幅上升。相反，如果连续数周维持较好的饮食习惯，数值才更可能稳定提高。 四、为什么浅色沙拉可能被低估 很多便利店和超市出售的混合沙拉，主体通常是卷心菜、生菜、黄瓜、洋葱等颜色较浅的蔬菜，只有少量胡萝卜丝、紫甘蓝、番茄或深绿色叶菜。 这种沙拉当然仍然属于蔬菜，也能够提供膳食纤维、钾、叶酸和其他营养成分。 但从类胡萝卜素检测仪的角度看，浅色蔬菜往往不是最容易“得分”的食物。 例如，一个人吃了大量卷心菜、黄瓜和洋葱，真实的蔬菜总量可能并不少，但由于这些食物中的类胡萝卜素含量相对有限，设备给出的分数未必很高。 相反，胡萝卜、南瓜、菠菜、小松菜和番茄等食物，即使总量不算特别大，也可能对读数产生更明显的影响。 因此，这类设备检测到的并不是严格意义上的“蔬菜克数”，而更偏向于： 富含类胡萝卜素的食物摄入状况。 五、鸡蛋和番茄也可能让分数升高 设备虽然常被称为“蔬菜检测仪”，但它实际上并不知道类胡萝卜素来自哪里。 蛋黄中含有叶黄素和玉米黄质。虽然鸡蛋中的总含量未必特别高，但蛋黄本身含有脂肪，有利于这类脂溶性色素的吸收。 如果长期每天吃一到两个鸡蛋，持续数年，这种稳定摄入可能会对体内叶黄素和玉米黄质水平产生一定贡献。 番茄则富含番茄红素。每周吃几次番茄，长期积累下来，同样可能成为皮肤类胡萝卜素的重要来源。 因此，即使一个人并没有经常大量吃深绿色蔬菜，只要长期保持以下饮食习惯，也可能获得不错的分数： 苹果和普通香蕉也有营养价值，但通常并不是特别强的类胡萝卜素来源。连续吃三五天苹果或香蕉，通常不足以单独解释一个较高的皮肤类胡萝卜素分数。 六、沙拉酱和食用油可能影响吸收 类胡萝卜素属于脂溶性物质。 …

在商场、药店、健康活动或部分体检场所，经常能看到一种体积不大的检测设备：把手指伸进夹子里，等待几十秒，屏幕上便会出现一个“血管年龄”。 实际年龄不到30岁，设备却可能给出40岁、50岁，甚至更高的结果。这样的数字看起来非常直观，也很容易让人紧张。 然而，这类装置测到的究竟是不是血管真正的年龄？心率、缺水、出汗、饥饿、紧张等身体状态，又会不会明显影响结果？ 答案是：这类设备通常有一定的生理学依据，但屏幕上的“血管年龄”并不是直接测量结果，而是根据手指末梢脉搏波间接推算出来的统计值。单次结果很容易受到即时身体状态和测量条件影响，不应直接当作血管老化的诊断。 一、这种装置通常是什么 这类夹手指测量的设备，常见名称包括： 它与普通指夹式血氧仪外形相似，但目的不同。 血氧仪主要根据红光和红外光的吸收差异，估算血氧饱和度和心率；而所谓的血管年龄检测仪，主要分析手指内血容量随心跳发生的周期性变化。 其核心技术通常是光电容积脉搏波，也就是PPG。 二、PPG是怎样测量脉搏波的 设备的一侧通常装有发光元件，另一侧装有光学传感器。 光线穿过或照射手指组织时，皮肤、骨骼、静脉血和其他组织对光的吸收相对稳定。动脉中的血液则会随着每次心跳发生周期性变化。 心脏收缩时，更多血液进入手指末梢，光吸收量发生变化；心脏舒张时，血容量下降，透过或反射回来的光信号再次变化。 设备连续记录这些光学变化，就能得到一条随时间起伏的曲线，也就是光电容积脉搏波。 这条曲线反映的不只是心率，还包含以下信息： 因此，一条指尖脉搏波既包含血管相关信息，也夹杂着大量即时生理状态。 三、“血管年龄”不是直接测出来的 这类装置不会真正看到血管壁，也无法直接观察是否存在斑块、狭窄或钙化。 它通常会对原始脉搏波进一步处理，尤其是计算波形的一阶或二阶导数。部分设备将二阶导数曲线称为加速度脉波。 经过处理后，原本平滑的脉搏波会出现多个波峰和波谷。算法会提取这些特征，例如： 随后，设备把这些参数与厂家数据库中不同年龄人群的平均数据进行比较，最终换算成一个年龄。 因此，屏幕上显示“血管年龄40岁”，更准确的含义是： 当时测到的指尖脉搏波特征，在该设备的算法和数据库中，更接近平均年龄约40岁的人群。 这并不等于血管真的已经在解剖结构上老化到40岁，也不等于已经患有动脉硬化。 四、为什么心率升高会影响结果 心率是这类测量中非常重要的干扰因素。 一次心跳形成的脉搏波，并不是一个简单的单峰。心脏射血产生向前传播的主波，主波到达血管分叉和外周阻力较大的区域后，还会形成反射波。 设备常常根据主波与反射波的相对位置和高度，判断血管弹性。 当心率升高时，会发生以下变化： 即使血管壁在几分钟内没有任何结构性变化，脉搏波形也可能因为心率变化而改变。 更重要的是，心率升高往往不是单独发生的。刚走路、紧张、喝咖啡、天气炎热、轻度缺水、睡眠不足，都可能同时导致心率、血压、血管张力和末梢循环发生变化。 设备无法完全区分这些暂时变化与真正的长期血管硬化。 因此，心率高一点导致“血管年龄”明显变化，在原理上完全可能。 五、缺水为什么可能影响测量 轻度缺水并不会让血管突然老化，但可能改变循环状态。 人体缺水后，血容量可能下降。为了维持血压和重要器官供血，身体会启动代偿机制，包括： PPG测量依赖的正是手指末梢每次心跳产生的血容量变化。 当手指灌注变弱时，可能出现： 因此，明显缺水确实可能改变结果。 不过，普通程度的口渴不一定每次都会造成巨大误差。影响通常在缺水同时伴随心率加快、手脚发冷、血压变化或末梢循环下降时更明显。 六、手指出汗究竟会不会影响 手指出汗可能通过两条途径影响测量。 1. 出汗背后的生理状态 出汗往往意味着身体状态发生了变化，例如： 炎热可能使皮肤血管扩张，紧张则可能使手指末梢血管收缩。 有时，紧张状态下会同时出现手掌出汗和手指血管收缩。此时，设备记录到的末梢灌注和波形就可能与平静状态完全不同。 2. 汗水造成接触和运动干扰 PPG是光学测量，并不像心电图电极那样高度依赖皮肤导电性。因此，仅仅一层薄汗水，不一定会直接导致巨大误差。 …