atppp’s Blog

路易继撞车记之后再次成为医院的常客。事情的起因是这样的，路易十多年前有一次车祸鼻梁骨受损，留下个鼻腔通气不良的后遗症需要小手术修理一下，但是因为平时生活也没受到什么影响所以这件事就一直拖了下来。这次路易左脚手术后在家赋闲相当无聊，琢磨着是不是把鼻梁手术给做了。结果不检查还好，一检查发现路易很可能有严重的睡眠紊乱症。总之事态很严重，在鼻梁手术之前，医生建议路易去斯坦福睡眠研究中心进行睡眠质量测试。这个测试据说做一次要 4000 刀，好在有医疗保险，于是路易怀着无比好奇的心情过去玩了。

睡眠是一个很神奇的东西，虽然真正的睡眠研究只有大概半个世纪，很多方面还是百家争鸣的阶段，但是一些基本的问题已经很有共识，并写进了教科书。睡眠状态分为两大类，REM 和 NREM。REM（Rapid Eye Movement）中人的眼球会快速运动；与之相对的是 NREM，眼球不动，按照脑电波特性 NREM 分为四个阶段，其中第三和第四阶段是深睡眠。人的睡眠就是在 NREM 四个阶段和 REM 之间反复循环，一个循环大概将近两个小时。REM 过程中脑电波的活动和醒着的时候很接近，清晰的梦境一般也发生在此，不过除非人马上醒来，否则很难记住梦。科学家们说，人一生总计有大概六年的时间在做梦。现行理论认为睡眠不仅放松机体、平衡代谢，同时也会整理记忆等。进化选择了这么复杂的睡眠模式，必然有它的道理。

路易在睡眠研究中心被贴上了几十个传感器收集脑电波、肌肉运动、呼吸、血氧等信息。护士 mm 问道，你这条腿咋了？路易搞笑道，开车睡着撞啦，哈哈。（不过后来路易偷偷告诉我，其实他鼻梁骨这个车祸就是因为他开车睡着了，太恐怖了，没撞死真是命大啊。）睡之前路易需要做各类眼珠和呼吸运动以校准仪器，之后路易就挂了这么多传感器睡了一晚上，起来撒尿还得挂着。（实际情况是，路易脖子上挂了一个接线盒，所有传感器都先接到接线盒，起床撒尿只要护士进来把接线盒到电脑的总数据线拔掉就可以了。）

早上起来护士例行公事的问路易做什么梦了，因为需要结合脑电波分析，所以必须老实回答。路易憋了很久，红着脸对护士说，“我梦见和你 XX 了”……晕。护士见多不怪，问他还记得别的么？路易说没了，实际上仪器显示路易做了二十多次梦。护士接着问他大概醒了几次。路易说大概也就五六次吧。但是从仪器的数据来看，路易每个小时就要醒 20 多次！只不过醒来立刻就会睡着，所以一般都不记得了。为什么会醒来呢，因为路易呼吸道不通畅，伴随打鼾，所以大脑就会抗议并醒过来。同时，因为氧气不足，睡眠时路易的呼吸频率提升到每分钟 30 次，而正常人是每分钟 12 到 15 次，早上醒来路易常常感觉浑身无力，看来正是因为高频率的呼吸消耗了大量能量……另外路易从小记忆力不佳，这也很可能是因为他缺乏深睡眠和 REM。

好了病因差不多找到了，怎么治疗呢？有两种主要的治疗方法，一种是戴加压空气面罩睡觉，加压后往往能完全恢复正常的呼吸。另外也可以通过手术治疗，把下巴和舌头往前挪以打开喉部空间，这个手术需要动面部丰富的血管和神经，同时需要把舌头完全切下来再按回去，恐怖之极，据说是这个研究中心首创的。这么巨大的手术只能做到加压面罩疗法 60% 的效果，为什么还有人做呢？因为有人在心理或者生理上完全不能接受加压面罩。据研究中心统计，美国有 25% 的人患有因呼吸不畅引起的睡眠紊乱，这些人都需要治疗，但是却又常常得不到正确的治疗，事实上很可能他们都需要加压面罩。这个说法真是耸人听闻，难道我明天也应该去做一下睡眠测试？

研究中心第二天就给路易安排了戴加压面罩的睡眠测试。路易长期睡眠不良，大脑已经适应，可以让他在五分钟之内就直接进入深睡眠阶段。在加压面罩下，路易的呼吸降到每分钟 13 次的正常水平，完全在深睡眠状态连续睡了三个小时，凌晨两点钟醒来感觉睡眠已经足够，完全可以开始新一天的工作了。不过护士还没看到 REM，强迫路易吃了安眠药继续测试。早上路易醒来感觉神清气爽脱胎换骨，浑身有无穷的活力。当然了，医生提醒他这只是他长期睡眠紊乱突然睡眠质量提高后的心理假象，实际上路易的各项生理指标也不见得就突然好了很多，每天都戴加压面罩之后大脑还需要慢慢调整睡眠模式以适应新情况。不过不管怎么说，路易戴加压面罩没有感觉不适，新生活就在眼前，前途一片光明啊。

最后，和上面的故事完全没有关系，新学一个名词——临睡肌跃症（你有我也有！），直接摘要一下吧：

有一种比较特别的生理性不自主动作，称为「临睡肌跃症」（hypnic jerk），这种肌跃现象出现在刚要入睡时，通常它会伴随跌倒或踏空的感觉（亦可能伴随其它的幻觉），而导致突然的惊醒与肢体及躯干肌肉的单次跳跃。这种现象通常出现在比较劳累及精神压力大的时候，约有 7 成的正常人均有过这种经验。

为什么小整数频率比的两个音比较和谐？这个问题，要从乐音的谐波说起。

一般乐器发出的音都不是纯频率的音，而是由好多谐波（harmonic）组成的；其中频率最低的那个通常最强，叫做基音。比如小提琴发出音高 A4 的音，指的就是其基音是 440 Hz，而声波频谱里面同时有二次谐波 880 Hz、三次谐波 1320 Hz、四次谐波……等等。不同乐器发出的声音，其谐波强度分布往往完全不同，因此音色（timbre）也就不同（比如高谐波强的话听起来就亮一些）。乐音含有谐波这个特性和小整数比的和音规则有什么关系？以完全五度举例，A4 和 E5 的两个乐音，频率比为 2:3，而 A4 的三次谐波和 E5 的二次谐波刚好重合，都是 1320 Hz。相隔完全五度的两个乐音同时听起来比较好听，是不是因为它们大部分的谐波都重合了？

于是就有科学家做实验了。人们发现，把纯频率的音（不含谐波）A4 和 E5 同时发出来听并不怎么好听。还有人用电脑制作了扭曲的乐音，把 N 次谐波搞成 N^{log(2.1)/log(2)} 倍（谐波从 2 倍拉宽到 2.1 倍，自然界是没有这种声音的），然后发现谐波重合的扭曲乐音同时听起来还比较和谐，而它们的基音却不是小整数比了。还有一些别的实验，但是结论都是差不多的，就是两个乐音和谐主要是因为他们的谐波重合，转换为数学语言，就是基音必须是小整数比。

为啥谐波重合就好听呢？这是因为，如果谐波不重合但是距离很近，它们就会干涉形成低频率的拍（beat），这种低频拍音嗡嗡作响，非常难听。两个频率距离多近才会形成不好听的拍？人们一般把这个临界距离叫做临界频宽（critical bandwidth），处于临界频宽之内的两个频率就会互相干涉。这个临界频宽本身是频率的函数，频率越高，临界频宽带也就越宽，如下图所示：

可以看到，临界频宽在低频区是 100 Hz 左右；高频区大约是本身频率的 1/6。比如，900 Hz 的临界频宽是 150 Hz，这就是说，750 - 1050 Hz 频率范围内的音都会和 900 Hz 的音干涉。用音乐术语，1/6 频宽介于大二度和小三度之间（上图所示 2&3 semitones 之间），所以在高频区域里，间隔一个或者两个半音的音就会相互干涉形成不愉悦的拍。

乐音的高谐波排列非常紧密，比如 A4 的 10 次谐波和 11 次谐波分别是 4.4 kHz 4.84 kHz，间隔不到两个半音，所以高谐波之间就会相互干涉。如果对小提琴乐音做频谱分析，会发现它有很多谐波强度很弱，造成的结果是各个强谐波之间间隔都比较大，不在互相的临界频宽内，所以小提琴乐音本身极少有难听的拍，这也正是小提琴乐音很好听的原因之一。有些乐器音高很准，但是发出声音很难听，可能就是因为它自己有很多谐波互相打架，形成很多低频拍，听起来很难受。

那么为什么低频的拍听起来难听呢？有人认为这和人耳的解剖学结构有关。匈牙利生物物理学家 Georg von Békésy 发现人的耳蜗里有很多小毛毛，功能是把外界声波在内耳液体中产生的振动转换为神经电信号，而且耳蜗的特殊生理结构导致每根小毛毛只对一小段频率的振动敏感。也就是说，耳蜗就是一个频谱分析仪；而小毛毛的敏感频率段，差不多就是相应频率的临界频宽。好的乐音因为没有互相打架的拍频，小毛毛们都会做优美的简谐运动，人就会觉得很愉快；相反，如果临界频宽内有两个频率的声音，有一些小毛毛就会受到两种频率的影响，运动起来比较别扭，所以人也觉得不怎么愉快。Békésy 这个发现是得了诺贝尔医学奖的，不过后来进一步的研究发现虽然他的理论基本成立，但是数据并不正确，主要是因为 Békésy 是拿死人耳朵做实验的，因为尸体失水，耳朵的频率响应也非常不同。不过炸药奖发了就发了，也收不回了，Békésy 本人在晚年也否定了自己早期的一些研究。

如果还有人偏要问到底，为什么耳蜗里小毛毛运动别扭，人就觉得难受呢？有些问题呢，它就是没什么道理的。好不好听这本身就是个主观的问题，如果你偏要问为什么，那估计就只好把你的脑袋砸开来研究了……现代脑科学的研究已经越来越科学，越来越定量化，但是像乐音和谐度这类宏观问题上，基本上也只有一些假说，信仰假说的人多了，也就成了学派。有些哲学家对脑科学前景非常悲观，认为人自己的主观意志去研究自己的主观意志，是很难有结果的。这个说法倒是过于杞人忧天了，目前人类对脑子的了解还远远不够，可以研究的东西还多得很，不过也许在遥远的未来，人就真的要面对无法继续研究自己的问题了。

说了这么多，可千万不要以为知道了一个小整数比就可以谱曲了。翻开和声学，你会发现正统的和声规则要复杂得多，甚至用什么乐器来演奏，调起多高，是小型音乐厅还是露天演奏，等等都是需要考虑的因素。几百年前就有很多音乐家搞出各类奇奇怪怪的规则，而现代人类更是从胎教开始就逐渐接受正统的规则，作曲人即使没有受过专业训练也会在潜移默化中将这些规律继续发扬光大。事实上音乐制作已经在人类社会中形成了巨大的正反馈，某些和声规则逐渐被强化。原始部落的人们听到贝多芬的曲子，并不会神魂颠倒。所以说，可能也只有最朴素的小整数比和声规律还有一定的生理基础，现在复杂的和声学则基本上算是美学，没有道理可言。我曾经看到有人对着乐谱做傅立叶分析，研究为什么某些和声听起来好听。挺美好的音乐，偏偏硬要去扣个科学的帽子，我想说，你从小就是听这些和声规则长大的，能不觉得好听么……这个就跟我受了十多年政治教育就再也不会怀疑马克思列宁主义了是一个道理。

>> 序言 续一 续二 续三

睡眠麻痹（Sleep Paralysis），中国俗称“鬼压床”，是一种特殊的睡眠状态，表现为意识清醒，但是四肢不能动弹，多见于青少年。有统计表明超过一半的人都经历过至少一次的睡眠麻痹。研究认为绝大多数情况下睡眠麻痹在生理上无害，但是在清晰的意识下无法指挥自己的躯干是一件非常非常恐怖的事情，很多经历睡眠麻痹的人都觉得相当可怕。人在那个时候往往会有幻觉，而且因为不能主动控制呼吸所以往往觉得窒息，感觉鬼压在胸上；而事实上周围并没有异物，呼吸也很正常。

在长期的进化过程中，人学会了在睡眠中抑制运动中枢，以防止人对梦境作出反应伤害自己或他人。但是如果大脑基本醒来的时候运动中枢没有及时醒来，就会出现睡眠麻痹的情况。如果常发睡眠麻痹，一般建议是要避免过度劳累和睡眠不足，另有研究表明避免仰睡可能也有帮助。处于睡眠麻痹时，不要惊慌，要相信自己机体一切功能正常，有研究说尝试活动面部肌肉可能会加快运动中枢的苏醒（这个和我的经验相符！）。

几个链接：1 2 3。