據大西洋月刊報道，1920年復活節前的那個晚上，奧托·洛維（Otto Loewi）從睡眠中醒來，他似乎產生了一個非常重要的想法。他把它記在紙上，很快就又睡著了。當他再次醒來時，發現自己寫的潦草字跡難以辨認。但幸運的是，第二天晚上，這個想法又回來了。這是個簡單實驗的設計，最終證明了洛維長期思考的假設，即神經細胞通過交換化學物質或神經遞質進行交流。這一想法得到證實，幫助他在1936年獲得了諾貝爾醫學獎。
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在洛維改變命運的小睡過去近一個世紀后，許多實驗已經證明，睡眠可以促使人們以創造性的解決問題。現在，來自卡迪夫大學的彭妮·劉易斯（Penny Lewis）及其兩位同事將這些發現整理成新的理論，解釋了睡眠和創造力之間的聯系。具體來說，他們的理論解釋了睡眠的兩個主要階段——快速眼動睡眠（REM）和非快速眼動睡眠，如何共同幫助我們發現已經知道的東西之間未被識別的聯系，并發現解決問題的現成解決方案。
當你開始入睡時，首先會進入非快速眼動睡眠階段，它包括了夜間大部分時間的輕度睡眠，以及被稱為慢波睡眠（SWS）的深度睡眠。在后者中，數以百萬計的神經元同時被劇烈地“點燃”，就像在細胞中舉行大合唱。劉易斯說:“這是你在清醒狀態下絕對看不到的東西。你正處于一種深層的生理狀態，如果被叫醒你會感到十分不高興。”
在這種狀態下，大腦會回放記憶。舉例來說，當老鼠白天在迷宮中奔跑時，同樣的神經元會自發地在夜間睡眠時被以同樣的順序點燃。這些“重述”有助于鞏固和加強新形成的記憶，并將它們融入現有的知識中。但劉易斯說，它們也能幫助大腦從特定的細節中提取共性信息，從而促使大腦更加活躍。
劉易斯解釋稱:“比如你重放生日派對的記憶，它們可能都包括禮物、蛋糕和氣球。代表這些事物的大腦區域將會更加活躍，遠超代表其他聚會或活動的大腦區域。隨著時間的推移，細節可能會從記憶中消失，但主旨依然存在。這就是你如何形成有關生日聚會記憶的方式。”但有些科學家認為，做夢是這個過程的有意識表現，實際上是你的大腦在回放和改變它自己的記憶。
這個過程始終都在進行，但劉易斯認為，由于大腦兩個部分之間的緊密連接，它在SWS睡眠期間特別強烈。第一部分是“海馬”，它是大腦中部的海馬狀區域，能捕捉到有關事件和地點的記憶。第二部分是大腦皮層，即大腦的外層，它是存儲事實、想法和概念的地方。劉易斯的想法是，海馬體將新大腦皮層推入記憶中，這些記憶都與主題相關，也就是在同一個地方發生的，或者分享一些其他的細節。這使得新大腦皮層更容易提取出共同的主題。
而在快速眼動睡眠階段，大腦活動是完全不同的。在非快速眼動睡眠期間，神經元中的合唱被同步到嘈雜聲音中，因為新大腦皮層的各個部分都被激活，這似乎是隨機的。與此同時，名為乙酰膽堿的化學物質（即洛維在其睡眠激發試驗中識別出的化學物質）淹沒了大腦，破壞了海馬和大腦皮質之間的聯系，并將兩者都置于特別靈活的狀態。在此期間，神經元之間的連接更容易形成、加強或減弱。
劉易斯認為，這些特質讓新大腦皮層能夠無意識地尋找看起來不相關的概念之間的相似之處，比如行星圍繞太陽旋轉與電子繞原子核旋轉的方式。她說:“假設你正在解決一個問題，但卻被難住了。在快速眼動睡眠中，新大腦皮層會重放抽象的、簡化的問題元素，還有其他隨機被激活的東西。然后它會加強這些東西之間的共性。當你第二天醒來的時候，這種輕微的強化可能會讓你發現，你正在以一種稍微不同的方式工作。這也許能幫你解決這個問題。”
劉易斯說:“這些想法中，有很多已經被人發現。有些人認為慢波睡眠對創造力很重要，其他人則認為快速眼動更重要。而我們要說，這兩者都對提高創造力至關重要。”從本質上說，非快速眼動睡眠提取概念，而快速眼動睡眠則連接它們。至關重要的是，它們需要彼此。
睡眠的大腦每90分鐘就會經歷一次非快速眼動和快速眼動睡眠周期。在一夜或幾夜中，海馬體和新大腦皮層不斷地同步和分離，而抽象和連接的順序也會重復。劉易斯寫道:“我們可以使用這樣的類比，兩名研究人員最初共同研究同一個問題，然后分開，各自獨立思考，然后再回來繼續深入研究。這表明，如果你正在處理一個難題，那么你需要有足夠的睡眠時間。特別是如果你想做些需要跳出框框思考的事情，也許不要在太過匆忙中急著動手。”
劉易斯等人的部分理論內容有強大的數據支持，但其他部分仍然是需要驗證的猜測。例如，沒有足夠的證據支持劉易斯的直覺，即海馬體在非快速眼動睡眠期間刺激大腦皮層，以促使其對相關記憶進行重放。
她承認：“我意識到這有點兒夸張，但在有些研究中，慢波睡眠提高了識別共同概念的能力。在一個被廣泛使用的例子中，人們必須圍繞一個看不見的主題學會多個詞匯，比如夜晚、黑暗（dark）以及煤炭等。如果他們事后睡覺，更有可能(錯誤地)記住他們也學過這個主題詞匯。在這種情況下，黑暗就會變成‘黑色’（black）。”然而，圣母大學的杰西卡·佩恩（Jessica Payne）指出，在她的實驗中，慢波睡眠產生了相反的效果。
盡管如此，除了“小分歧”之外，佩恩認為劉易斯的理論基本上正確，特別是當它涉及到快速眼動睡眠的作用時，即“以一種荒謬而富有創造性的方式”將概念性知識結合起來。她說：“我認為總體想法是正確的。”
劉易斯的研究框架還有一個弱點，那就是她發現更令人不安的問題：人們完全被剝奪了快速眼動睡眠后，卻沒有出現明顯的精神問題。舉例來說，一名以色列男子在腦部受傷后失去了快速眼動睡眠狀態。劉易斯說:“他是一位高效的律師，他為當地報紙寫字謎。這對我們來說確實是個問題。我知道自己的理論不是百分之百正確，但我們得到了強有力的支持。”
劉易斯的研究小組試圖讓睡眠志愿者在慢波睡眠和快速眼動睡眠中重放記憶，并在每個人身上發現了不同的效果。這些結果應該會在近期發表。與此同時，研究小組還在研究促進或抑制兩個睡眠階段的方法，以了解它們是如何影響人們解決問題的能力的。這都是劉易斯五年研究計劃的一部分，而他們的研究剛剛進行了第一年。
劉易斯還與來自諾丁漢大學的馬克·范·羅斯森（Mark van Rossum）合作，致力于開發一種人工智能（AI），讓它以睡眠大腦的方式來學習。劉易斯說：“我們在研發睡覺的人工智能，我想知道它是否會夢見電子羊。”