大脑如何控制我们的睡眠
研究已经发现了控制人们睡眠和清醒的化学物质、脑细胞以及相应的路径。许多大脑结构都参与其中。图1-2是人体大脑的内部结构，从图中可看出控制睡眠和清醒的区域。颜色较深的区域代表参与睡眠的大脑结构，颜色较浅的区域代表参与清醒状态的大脑结构。但是要了解启动睡眠和停止睡眠是如何进行的，我们需要先了解两个概念：唤醒表和生物钟。
图1-2 控制睡眠和清醒的脑功能区
唤醒表
汽车燃油表是用来提示驾驶员什么时候需要加油的，而唤醒表则是提示人们何时该睡觉的。
成人一旦醒了大约14小时后，就开始变得昏昏欲睡，想睡的感觉会在约两小时之后变得强烈，在接下来的4小时之后会更强烈，很难保持清醒。大脑中的唤醒表会检测一种叫腺苷的化学物质，这种物质负责体内能量的转移。脑活跃时间和消耗能量的时间越长，腺苷的浓度越大。腺苷的主要作用是促进睡眠和抑制清醒。咖啡因会抵消腺苷的作用，所以它能让人保持清醒。
生物钟
大脑除了影响身体的睡眠量，也控制人们的睡眠时间。身体怎么知道何时该入睡，何时又该醒来呢？大脑的视交叉上核中的细胞具有时钟意识并能监测睡眠和清醒的周期。松果体会产生褪黑素。当黄昏来临，天开始变黑，身体内褪黑素开始分泌。视交叉上核细胞不仅控制每个人的入睡或清醒的时间，也控制体内许多其他系统的功能。事实上，身体内的大部分系统在24小时中都有不一样的运行模式。随着多种激素分泌，血压、心率也会随之变化。
这种天然的、内在的节奏被称为昼夜节律，英文叫作“circadian rhythm”，“circadian”来自“circa”（大约）和“diem”（天）两个词的变形组合。昼夜节律的变化影响着身体许多系统，使这些系统能够更加顺应身体的需求。事实表明，距离大脑较远的组织（如肝脏和肾），都有跟大脑中的主时钟同步的生物钟。这样，人类就不会在夜间突然感觉到饿，或者想要去厕所。跨时区出差的人都有过生物钟被打乱或感觉不同步的情况，因为他们身体的生物钟与所在地区不同步。
多年来，科学家们一直想弄清楚大脑是如何知道当下具体的时间的。它如何知道早晨醒来的时间是对的？假设地球每30小时旋转一周，那我们的生物钟该调整成什么样子？哈佛大学、匹兹堡大学和其他学术中心进行的研究表明，光可以重置生物钟。对人类和其他动物来说，清晨暴露在阳光下对同步生物钟很重要。光线进入眼睛，照射到视网膜，刺激特化细胞。视觉信息从这些细胞开始，沿着神经传到视交叉上核。视交叉上核是控制昼夜节律的细胞的所在之处。这些细胞位于视交叉上方，视觉信息从神经系统的一边传到另一边，然后到达大脑中处理视觉的部分。视交叉上核利用来自视网膜的信息，“告诉”大脑现在是清晨。这反过来也同步了视交叉上核细胞。如果人的眼睛和视交叉上核之间出现问题，可能会出现生物钟同步困难，结果往往导致更严重的睡眠问题。不过，如果失明者是视觉皮层出了问题，他们的生物钟系统可能正常。
昼夜节律系统似乎不仅仅存在于较高级的生命形态，植物也有。从动物、昆虫、水母、细菌到植物，在黄昏时候，它们都会产生褪黑素的现象。瑞士科学家让–雅克·德奥图斯·德马兰（Jean-Jacques d’Ortous de Mairan），首次演示了昼夜节律现象。他在充足的阳光下，展示了含羞草的叶子在一定的时间总是展开的。当他把含羞草放进一个盒子里，没有任何光线，叶子依然在同一时间展开。这说明含羞草这种植物有自己的“时间”。
地球上的生命形态已经存在超过10亿年。大约距今2亿年前哺乳动物开始出现。约在6500万年前恐龙消失了。人类的祖先最早出现在距今约700万年前，而人类只有20万年的历史。人类进化为昼夜模式：白天有丰富的活动，晚上睡觉。而许多动物则是夜行动物：昼伏夜出，白天睡觉，晚上出来觅食。人类的睡眠习惯并没有太大变化，直到大约150年前，爱迪生发明了电灯，人类进入电器时代，人造光出现。居住在洞穴中的史前人类大概比现代普通成人多睡约两小时。但人们并没有一整夜都在睡觉。
在爱迪生发明电灯之前，很多人每晚有两个睡眠周期。第一个睡眠周期开始于日落之后大约两小时，并将持续3～4小时。第二睡眠周期在此之后1～3小时开始，持续4个多小时。两个睡眠周期中间，人们可能会祈祷、阅读或进行性行为。之所以有“半夜”这个词，它指的就是这两个周期之间的时间。在过去的150年里，人的睡眠模式和睡眠时间发生了非常明显的变化。人们睡眠时间减少，不只在黄昏和黎明之间的时间睡觉。
关于我们的祖先有一个有趣的记录：虽然大多数人是躺在平坦的表面上睡觉，但在很多地区和时期，坐着睡觉很普遍。我们可以在挪威城市卑尔根的古建筑群看到。
生物学有很多与时间有关的节律，但并不是所有问题都有答案。一些生物节律可以用秒来测量（例如呼吸和心跳），而另一些则使用更大的时间单位。虽然我们最了解的是大脑中生物钟控制的生理节律周期，但四季变化对哺乳动物性行为活跃度、怀孕，以及出生，都发挥着重要的作用。其中，最神秘的就是女性的月经周期，我会在后面的章节中详述。