原标题：简单地说，睡眠是大脑自己给自己的一个「美好时光」
「休息」在这里指的是 power nap，也就是小憩或是咱们中国人的习惯「午睡」。
一般情况下，成年人需要一个半小时到两个小时来完成一个完整的睡眠循环。但因为白天时间比较紧张，一般的小憩大概只有半小时左右。
首先，我想说的是，从神经科学角度来看，我们对睡眠的了解是非常少的。真的很少。虽然我们有各种各样的理论，对它有各种各样的研究的动力，但要彻底地研究睡眠在现在还是个难啃的骨头。更别说，夜晚睡眠和白天的小憩之间的神经科学区别到底是什么了。
虽然非常跑题，我这里想先捋一捋（现在已经知道的）「睡眠的机制」是什么。
研究睡眠最常用的技术是脑电图（EEG）。神经细胞靠传递电流来传递信息，即使在睡眠中，大脑也是如不夜城一般热闹。被试者头上要带一个帽子，帽子上有很多感应器（电极），电极贴在头皮上，就能收集到这个区域头颅下方百万千万个神经细胞的电流活动。打一个比方，大脑就像是一个体育场。体育场里在进行一场球赛，而每一个神经细胞就好像是一个时不时呐喊的观众。而你呢，就拿着一根录音笔，站在体育场外，通过听着千万个球迷的呐喊声来了解球赛的状况。 （哇我觉得自己的这个比喻好棒……）
与此类似的还有脑磁图（MEG），机理是差不多的。
通过这样的技术，我们就可以不用让被试者自己告诉我们「啊，我睡着了」「我开始做梦了」就研究他们的状况。
每天，我们有两种状态，醒着或睡着。当你在熟睡着的时候，大脑的会进入一个叫 rapid eye movement sleep （REM），一整个晚上，可能能进入这个状态好几次。这个状态非常有趣，因为，这个状态下的大脑脑电波看起来更像是醒着。在这个状态下，你的全身都不能活动 （除了眼球和呼吸系统的肌肉），大脑中又会出现各种各样非常精细的幻象，也就是「梦」。除了这个状态，剩余的睡眠时间你都处于 non-REM 睡眠，也叫 slow-wave sleep，因为脑电波变成又大，又慢的波。整个睡眠时间中，REM 占大概 25%，non-REM 占 75%。与 non-REM 相比，REM 状态下，眼球运动加快、心跳加快（大概每分钟多 10 次）、呼吸加快，男性还会出现阴茎勃起的状态。（友情提示：喂喂，不希望看完这个回答，有些求知的女青年大半夜不睡觉，拿着小探灯通过观察男友 / 老公的 XX 来记录他的 REM 睡眠状态哦……睡眠中 BQ 并不等于进入 REM 状态了……）
从 non-REM 到 REM 再回到 non-REM，这就算是一个完整的睡眠循环，大概需要 90 分钟。
废话这么多，我是想强调，无论「休息」是怎么样的，在这个过程中，大脑又怎样的改变。从我们现在的神经科学知识来看，关键点可能主要在有没有进入 REM 这个状态中。而现在我还没有看到专门比较小憩的 REM 和夜晚睡眠的 REM 之间的区别。
至此，你的问题『「休息」会影响大脑是一种怎样的「原理」？』变成了『睡眠的脑科学机制』，到这里变成了『REM 睡眠怎样对大脑产生影响』。然而我们现在也不知道真正的原理 / 机制是什么（知道原理的请举手出来……诺奖颁给你），我这里只能提一下已知的「REM 睡眠对大脑的影响」。
很多神经科学家认为 REM 睡眠，或有可能「梦」本身，在记忆中起着很重要的作用。现在还没有绝对的结论，但有很多研究提供了发现 REM 睡眠
- 能够帮助 记忆的巩固。这里是两篇极佳的 review，不用谢。
Born, J., Wilhelm, I., 2012. System consolidation of memory during sleep. Psychol Res 76, 192–203. doi:10.1007/s00426-011-0335-6
Diekelmann, S., Born, J., 2010. The memory function of sleep. Nat. Rev. Neurosci. 11, 114–126. doi:10.1038/nrn2762 - 会使人在做一些视觉、听觉任务时表现（包括反应速度、准确率）明显更好。经典案例：以色列神经科学 Avi Karni 的一项研究中，被试者被要求去识别屏幕上闪现的一条短线的方向。这个视觉任务很难，因为短线出现的速度非常短。每人需要做两次测试，分为四组
（A）第一次和第二次测试之间没有睡眠：第二次测试结果比第一次好
（B）头天晚上做一次测试，睡觉之后，早晨再做一次测试： 早晨测试结果明显比（A）组的第二次测试好 （说明睡眠对测试有帮助）
（C）头天晚上做一次测试，睡觉之后，早晨再做一次测试， 但 REM 睡眠状态会被打断： 早晨测试结果没有任何进步（也就是说比中间不睡觉还糟糕）
（D）头天晚上做一次测试，睡觉之后，早晨再做一次测试， 但 non-REM 睡眠状态会被打断：早晨测试结果最好，比不打断的睡眠还好。
这个结果实在是有趣。也就是说，（1）睡眠能帮助任务表现 （2）千万不要打断 REM 睡眠 （3）但为了更好的表现，能打断 non-REM 任务表现更好。
这里不得不提一下「睡眠中学习」。在上世纪美苏冷战期间，有非常多的这方面的研究，但后来都被证实是无效的。实际上神经科学的各类权威教科书也是这样强调的。但实际上在大概 3 年前，有篇 Nature 的研究发现了反例。最近也出了些的新的研究证明有些声音人在睡梦中是可以学习的。这个比较复杂，有机会需要另辟一篇细讲，暂且不谈。
好了，咱们来到最无聊的部分。睡眠的神经机制。
直到上世纪 40 年代，我们都一直以为睡眠是一个被动状态，或说「如果打断正常的大脑感知活动，就会睡着」。这是个误区。
现在我们知道，睡眠实际上是一个非常活跃的过程，需要很多大脑区域共同合作来完成睡眠的循环。详细过程我们现在并不了解，但我这里总结一下我们略知一二的四大关键点：（不耐烦看中英杂糅的请自行跳过）
- 掌控「睡还是不睡」的最关键的细胞位于 diffuse modulatory 系统
- 脑干的有些神经细胞 在醒着的状态下 用 norepinephrine 和 serotonin 激活自己，并用来保持清醒的状态；而有些细胞用 acetylcholine 来加强 REM 状态。
- diffuse modulatory neurotransmitter systems 控制 thalamus 的 节律行为。就是我之前说睡着了会有很长很慢的脑电波，产生那种波是一种很特殊的行为。你想想大脑有 8 千万个神经细胞，脑电波进入一种有节奏的波，相当于在看球赛时所有观众突然开始低声合唱一样，可能有人指挥，也可能是观众与观众之间的相互合拍。这里也是一个道理的，需要有个部位来控制这个有节奏的合唱。已经发现，thalamus 的所产生的这种又慢又长的节律，阻碍了感知（譬如说视觉、触觉、听觉）的信息流。（当然不是说就听不见了，就是指变得不是像正常那样很主动的大量吸取感知信息。）
抱歉，看到这里我终于要正面回答你的问题了。
你问这个问题，休息到底怎样影响了大脑，主要应该想知道 为什么睡个好觉之后，会觉得神清气爽；相对的，如果没有睡觉，就觉得身不如死？
据我所知，现在是没有一个清楚的答案的。
大脑真是个有趣的玩意儿。它明明白白地告诉你，睡觉重要到爆，但你要问到底怎么重要了，它又给你留下一个神秘莫测的微笑。
之前有谣言说什么 11 点是肝脏的清洁时间、早上 4 点是皮肤的什么的，不知是谁写的，但那是错的。
当然，有很多研究能证明睡眠和内分泌很有关系。我最讨厌内分泌了，激素那些这些的我扯不清楚，你们自行搜索。我这里就跳过了（不负责任，鬼脸）。
睡眠和免疫系统也有直接关系。最好的例子就是，很多传染性疾病，譬如说流感，的症状就是头沉犯困。这也是和血液和大脑里的那个 cerebrospinal fluid 中混着的各种「玩意儿」有关，「玩意儿」指 adenosine、NO、interleukin-1 这些鬼东西。（不要问我，我最讨厌找这些的翻译、解释这些了 chemical 了）
有一点常常被人忽视：睡眠和某些基因表现也很有关系。有很多针对小鼠的数千种基因在醒着和睡眠状态下的比较。发现 0.5% 的基因在睡眠状态下表现的更多。这些基因反正有些和 cellular stress、心血管细胞的调节神马的有千丝万缕的联系。（我不懂。不要看我。）
但这些基因表现的区别都在大脑里，所以睡眠被认为是大脑给大脑自己设置的一个「美好时光」。
为什么有些时候小憩会让大脑有好的感觉？因为 REM 状态睡眠过程中，大脑的不同层次、部位会发生一些醒着时不会干的事情、或是干的少的事情。这些事情染指了内分泌、调节心血管等等与日常健康息息相关的系统。
总的来说睡觉就像方孔兄，没有它不行，有它却不能太多（太多了也有问题，譬如说所谓「每天要保证 8 小时睡眠」也不知道是什么时候传出来的，没有科学证据 8 小时最好），最好也不要在错误的时候有它（譬如你本来晚上就有些失眠，你还巴巴地白天去睡觉，那你就等着晚上看着天花板思考人生吧）。
哎呀，又跑题了呢……
【八卦时间】
siesta 说白了就是西班牙意大利他们那儿夏天太热了，人也有些懒惰，所以约定俗成中午太阳最毒的时候，大家都别做工，顺便补个觉，晚上太阳下山了再集体出去过夜生活。
真正把午睡起着「工作间的充电时间」的主要还是我们东亚和苏联（怀疑是不是冷战时期苏联的什么关于睡眠的研究要求军队实行午睡）。我的亲亲导师和我，作为在两个社会主义国家（苏联和中国）受过教育的好同志，曾经严肃讨论过，要在实验室弄一个可以平躺的按摩椅，然后我们俩轮流去午睡… 可惜找不到位置放，最后只买了个脚底按摩器，顺便福利了被试者们。
我的一个关系最好的学长，恰好博士毕业去了巴黎研究睡眠。大多数时候，他们找被试者来睡上 1 个钟头，然后研究人员要站在记录仪前，一直监视脑电波状态，要记录下 REM 状态开始和结束的精准时间。我所知的大多数睡眠的研究都是以这样的短时间「休息」为研究对象的。偶尔，当需要比较短时间睡眠和研究长时间睡眠的结果时，他们会做一两个被试者让他们睡上一晚。这时，研究人员需要通宵站在电脑前，慢慢等待 REM，记录，等待，记录。非常非常辛苦。这也是算是为什么睡眠是个很难研究的话题。
所以啊，如果你遇到了正儿八经的研究睡眠的神经科学家，请一定要尊敬他们的工作。无论对你来说，他们的研究是香还是臭，人家日子过着很不容易。
北京时间的各位早上好，格林威治时间的我要去睡觉了。
客官，这篇文章有意思吗？
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