在这个快节奏、高压力的时代，青少年们似乎总是在与时间赛跑，熬夜苦读、沉浸游戏、刷屏社交……在这场无尽的追逐中，人们往往会忽略一个至关重要的因素——睡眠。
殊不知，每晚几小时的睡眠看似稀松平常，实则是青少年成长征途上的“隐秘加速器”。它不仅是让身体得以休憩与恢复的港湾，更是大脑发育和认知提升的神奇钥匙。
熬夜学习。图片来源：AI 生成
认知能力是指个体在信息处理、思维运作、知识获取与应用等方面所展现出的综合能力，与人脑加工、储存和提取信息的能力息息相关。它是评价学生智力水平与适应能力的重要指标，在学习中起着至关重要的作用。近期，发表在《细胞报告》（Cell Reports）杂志上的一项成果揭开了青少年睡眠与认知能力发展的秘密！
3222 名青少年的科学数据证实：
睡眠质量影响认知能力
研究者选取 3222 名 11 至 12 岁的青少年作为发现样本，并进行为期两年的随访。同时选取 1190 名 13 至 14 岁的青少年作为验证样本，进行两次重复研究即四年的随访，以获取高可信度的多项认知表现和学业成绩等信息数据。在研究期间，研究者通过让受试者佩戴智能化设备来采集包括睡眠周期、生理信号及行为模式等多个维度在内的客观睡眠特征信息。同时，利用磁共振成像技术分析不同脑区体积及不同区域之间的连接性。
大脑皮质、皮质下体积的变化以及大脑网络内部连接方式（控制不同脑区之间的功能协同与信息交互关系）与认知功能、记忆等密切相关。在本次研究中，研究者基于获取的数据将脑划分为 85 个大脑体积指标，其中包括 68 个皮质体积指标和 17 个皮质下体积指标。同时，充分考虑不同脑区之间的连接性，共得到 282 个大脑网络功能性连接指标以用于脑功能分析。
研究设计与分析概述（左图：研究者将脑划分为 85 个大脑体积指标，其中包括 68 个皮质体积指标和 17 个皮质下体积指标；中图：282 个大脑网络功能性连接指标，其中包括 78 个皮质-皮质网络功能性连接和 204 个皮质-下皮质网络功能性连接；右图：基于设备监测睡眠特征）图片来源：参考文献[1]
研究者利用机器学习算法，应用稀疏典型相关分析方法（稀疏典型相关分析是一种通过引入稀疏约束优化传统典型相关分析的方法，旨在从高维数据中提取具有最大相关性且仅含少量非零系数的线性组合，以增强结果可解释性并降低计算复杂度），将智能化设备采集到的青少年睡眠特征与脑多模态成像数据相结合展开分析，建立了睡眠特征与脑发育的定量关联模型。结果显示，入睡时间较晚、总睡眠时间较短、夜间觉醒次数较多的青少年，他们大脑皮层网络与皮层下区域之间的广泛功能连接减弱。同时，睡眠期间心率较高，浅睡眠时长较短的青少年，睡眠质量较差,这与大脑体积的减小以及功能性连接的降低显著相关。以上表明不良的睡眠特征可能通过影响大脑结构和功能对认知功能产生负面影响。
脑容量模式和功能网络连接性与睡眠相关维度之间的关联（Brain volume：脑体积；loadings for first brain dimension:脑的第一个关联维度；loadings for second brain dimension:脑的第二个关联维度；Functional network connectivity:功能网络连接性；Top 20 loadings:变量之间相关程度最大的 20 个指标）图片来源：参考文献[1]
别再当“夜猫子”了！
劝你早睡的科学依据来了！
在本研究中，研究者根据睡眠特征和大脑结构的关联数据，将青少年分为三种类型。第一种类型的青少年入睡时间最晚，醒来时间最早，平均睡眠时间最短，整个睡眠阶段的心率较高。第二种类型的青少年各项睡眠指标接近总样本的平均水平，睡眠时长居中。第三种类型的青少年与第一种类型的相反，他们入睡时间最早，在整个睡眠阶段的心率最低，平均睡眠时间最长，平均睡眠时间比第一种类型青少年多了约 15 分钟。
研究者对三种青少年认知表现进行分析。尽管各组青少年在学业成绩上未显示出显著的区别，但是在晶体智力，即在实践中以习得的经验为基础的认知能力、图片词汇量、口头阅读识别能力的测试中，第三种类型的青少年表现明显最好，第二种居中，第一种最差。对青少年大脑体积和功能网络连接性的发育情况分析发现，第三种青少年的脑体积最大，皮层-皮层下平均功能连接强度最强。而第一种青少年脑体积最小，皮层-皮层下平均功能连接强度最弱。可见，通过优化青少年的睡眠习惯，改善睡眠质量来促进其认知发展是有理可依的！
三种年龄层青少年认知表现的纵向变化以及大脑体积和功能网络连接性的发育情况（Longitudinal changes of cognitive performance in three biotypes：三种年龄层青少年认知能力的纵向变化情况；crystallized intelligence：晶体智力；Longitudinal development of brain volume and functional network connectivities：大脑体积的纵向发育及功能网络连接性；averaged cortical volume：平均脑皮质体积）图片来源：参考文献[1]
如何提高睡眠质量？小妙招请收好
1.保持规律的睡眠时间
规律的睡眠时间对于维持高质量的睡眠至关重要。人体内存在一个自然的生物钟，调控每天的睡眠与觉醒周期，确保人们在合适的时间进入睡眠状态，并在需要时保持清醒。当我们的睡眠时间保持规律时，这个生物钟能够得到有效的同步和维持，从而对睡眠质量产生多方面的积极影响。
图片来源：AI 生成
2.进行规律的运动
运动通过影响体温、心脏及自主神经功能、内分泌系统等多种途径影响睡眠。长期规律的中等强度有氧运动能够提高深度睡眠时间，帮助身体更好地恢复和修复，这对于巩固记忆、调节情绪以及增强免疫系统功能都至关重要。然而，也需要注意运动的时间与强度，合理安排运动计划。
图片来源：AI 生成
3.减少睡眠环境的光照
褪黑素对调节睡眠起着至关重要的作用。它在夜间分泌增加，帮助人们入睡并维持睡眠状态,而光照则会抑制褪黑素的分泌。因此，当眼睛暴露在光线下时，视网膜会将这一信号传递给松果体，抑制褪黑素的产生，从而使人保持清醒状态。因此，通过减少夜间电子设备使用时间等方法来减少环境光照有利于睡眠。
图片来源：AI 生成
4.注意睡前饮食
进食较晚可能会导致睡眠时间缩短以及体重增加。因此，在期望入睡时间前后两小时内最好避免进食。同时，咖啡因、尼古丁和酒精等刺激性物质均可能影响睡眠质量，在睡前应尽量避免摄入。
结语
充足的、高质量的睡眠对于维持大脑的正常功能和提升认知能力至关重要。通过优化睡眠环境、保持规律的睡眠时间、减少睡前刺激等方式，我们可以有效改善睡眠质量。让我们从今晚开始，共同关注睡眠健康，为大脑充上足足的电！
参考文献
[1]Ma Q, Sahakian BJ, Zhang B, Li Z, Yu JT, Li F, Feng J, Cheng W. Neural correlates of device-based sleep characteristics in adolescents. Cell Rep. 2025 Apr 16;44(5):115565.
[2]Galván A. The Need for Sleep in the Adolescent Brain. Trends Cogn Sci. 2020 Jan;24(1):79-89.
[3]高葆清. 小学一年级数学认知能力训练研究[J]. 教育现代化(电子版),2018,(42): 230.
[4]Chennaoui M, Arnal PJ, Sauvet F, Léger D. Sleep and exercise: a reciprocal issue? Sleep Med Rev. 2015 Apr;20:59-72.
[5]Baranwal N, Yu PK, Siegel NS. Sleep physiology, pathophysiology, and sleep hygiene. Prog Cardiovasc Dis. 2023 Mar-Apr;77:59-69.
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出品丨科普中国
作者丨一言科普团队
监制丨中国科普博览
责编丨一诺
审校丨徐来、林林
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