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【OwlofMinerva的回答(101票)】: 除视锥细胞(Cones)和视竿细胞(Rods)之外，人眼视网膜还有第三种感光细胞intrinsically photosensitive retinal ganglion cells(ipRGC)[1]. ipRGC被发现的历史不久，目前还没有统一的中文译名，所以下文统一使用ipRGC表示。 
ipRGC细胞内含有黑视素(Melanopsin), 对光线产生一系列的化学反应[2]，使ipRGC细胞在光照下放电[3]:ipRGC细胞内含有黑视素(Melanopsin), 对光线产生一系列的化学反应[2]，使ipRGC细胞在光照下放电[3]: 
ipRGC的信号通过视神经直接传到到下丘脑(Hypothalamus)的节律控制核团suprachiasmatic nucleus(SCN)和其它神经核团, 以小鼠为例[1, 4-6]：ipRGC的信号通过视神经直接传到到下丘脑(Hypothalamus)的节律控制核团suprachiasmatic nucleus(SCN)和其它神经核团, 以小鼠为例[1, 4-6]：
SCN在人脑中的位置和大小示意：
下丘脑是一个调节内分泌活动的高级神经中枢，它通过各种核团来控制各种神经递质的分泌，从而控制身体的多项功能。下丘脑的体积只有不到4cm^3，但是内部的核团很多，相互之间的关系非常复杂。SCN是下丘脑中功能最为重要的核团之一，但是他只是节律发生器，并不直接参与睡眠的控制。下丘脑是一个调节内分泌活动的高级神经中枢，它通过各种核团来控制各种神经递质的分泌，从而控制身体的多项功能。下丘脑的体积只有不到4cm^3，但是内部的核团很多，相互之间的关系非常复杂。SCN是下丘脑中功能最为重要的核团之一，但是他只是节律发生器，并不直接参与睡眠的控制。 在控制昼夜节律方面，ventrolateral preoptic nucleus (VLPO)是控制的核心，其对其他核团的控制关系概要如下(不同的颜色代表分泌不同的神经递质):
这些核团关系构成昼夜节律的‘触发器开关机制’(The flip-flop switch)[7]:
在醒来时，单胺能核团(monoaminergic，上面两张图中的红色核团， LC, locus coeruleus, TMN, tuberomammillary nucleus) 会抑制VLPO的活动，从而orexin(ORX，绿色，食欲素，苯基二氢喹唑啉)核团开始活跃，进一步的强化单胺能核团的活动。在醒来时，单胺能核团(monoaminergic，上面两张图中的红色核团， LC, locus coeruleus, TMN, tuberomammillary nucleus) 会抑制VLPO的活动，从而orexin(ORX，绿色，食欲素，苯基二氢喹唑啉)核团开始活跃，进一步的强化单胺能核团的活动。 在睡眠阶段，VLPO抑制单胺能核团和orexin核团，orexin核团活动的抑制由进一步的抑制单胺能核团，使状态得到强化。 这个触发器开关机制的活动通过下面的神经通路传到的大脑皮层：
从而控制人的睡眠和唤醒。从而控制人的睡眠和唤醒。 ipRGC 传导到SCN的信号和这个触发器开关机制之间还有一个间接的控制机制（以小鼠为例）：
SCN通过调控dorsomedial nucleus of the hypothalamus(DMN)的活动来间接的调控VLPO的状态，从而控制睡眠-唤醒的触发器开关机制。SCN通过调控dorsomedial nucleus of the hypothalamus(DMN)的活动来间接的调控VLPO的状态，从而控制睡眠-唤醒的触发器开关机制。 通过以上的描述可以看到，SCN这个节律控制器，在外界的光照下被调控，就像"对表"一样把人体的时间节律和外界的时间节律(一般来说，是地球自转的时间节律)来对准。突然的光照增强会迅速的唤醒SCN的活的，产生一个强制的"对表"控制信号，人脑就被唤醒了。同时，这也是面对可能的危险的应激反应。 -------- [1] Hattar, Samer, et al. "Melanopsin-containing retinal ganglion cells: architecture, projections, and intrinsic photosensitivity." Science 295.5557 (2002): 1065-1070. [2] Schmidt, Tiffany M., Shih-Kuo Chen, and Samer Hattar. "Intrinsically photosensitive retinal ganglion cells: many subtypes, diverse functions."Trends in neurosciences 34.11 (2011): 572-580. [3] Qiu, Xudong, et al. "Induction of photosensitivity by heterologous of melanopsin." Nature 433.7027 (2005): 745-749. [4] Do, Michael Tri Hoang, and King-Wai Yau. "Intrinsically photosensitive retinal ganglion cells." Physiological reviews 90.4 (2010): 1547-1581. [5] Ruby, Norman F., et al. "Role of melanopsin in circadian responses to light."Science 298.5601 (2002): 2211-2213. [6] Lucas, Robert J., et al. "Measuring and using light in the melanopsin age."Trends in neurosciences 37.1 (2014): 1-9. [7] Saper, Clifford B., Thomas E. Scammell, and Jun Lu. "Hypothalamic regulation of sleep and circadian rhythms." Nature 437.7063 (2005): 1257-1263. 【张权的回答(12票)】: 这个问题其实还没有被彻底搞清楚，不过我可以提供一些理论来参考。 人类跟众多生物一样，体内存在着生物钟，可以通过一系列的神经体液调节机制来稳定人的行为，包括清醒、睡眠和进食等等。而生物体内的生物钟的日常节律输出路径周期大约为24 h左右。 但是我们的生物钟会根据外界条件而进行适应调整。 其中光照是我们最重要的外界条件。光照会刺激人的视网膜，通过信号传导给下丘脑调节人的一系列生理行为，其中最重要的是睡眠。
可以这么理解：在收到光照刺激后，人体通过脑干释放某些化学物质（乙酰胆碱和谷氨酸（味精？））然后通过大脑某些部位（丘脑和基底前脑）广泛唤醒脑皮质，让人清醒。 同时对于果蝇的基因检测也发现，生物体内存在生物钟调控基因（per和tim基因），在生物体收到光照刺激后，他们会开始相应的蛋白转录工作，调整生物节律（由于楼主是在清晨醒来的，此时体内的tim基因表达水平较低，TIM蛋白积累很少，光照则会促使CRY／TIM／PER复合体的形成，导致相位提前，进入白昼时间），唤醒大脑。 另外我相信，光照刺激了5-羟色胺的合成，中断了快波睡眠，也对唤醒有促进作用。 楼主和室友受到光照到清醒那一刻经历了这么多的生化反应和基因调控，人类真是奇妙啊！（泥垢了） （不是这个专业，半吊子水平，抛砖引玉） 【fiupia的回答(1票)】: “几乎所有生物的生理、生化和行为过程都表现昼夜节律率性的变化。这就是生物钟现象。” “在哺乳动物体内，生物钟的中枢位于下丘脑的视交叉上核(SCN)的一个内源性昼夜节律机制。” “外界环境明暗变化投照于视网膜上，再由视网膜神经将信息通过视网膜下丘脑束传递至SCN腹外侧部。” 所以，人通过对光线的感知来区分昼夜。所以光线强的时候人会醒过来。 （想要颠倒日夜而不至于生物钟紊乱，就可以通过光线来调节） 参考链接：昼夜节律性生物钟的分子调节机制 【歪钩的回答(0票)】: “几乎所有生物的生理、生化和行为过程都表现昼夜节律率性的变化。这就是生物钟现象。” 楼上有人提到这句。 因为所有生命都是在日、月、地3颗星球的规律转动中进化出来的。所以这些生命的活动规律必然受到恒星、行星、卫星的运动变化影响。 你以为人类真的可以像《阿凡达》一样安然无恙的遨游宇宙到达其他星球？其实生命的存在是受到进化的区域限制的，估计真正能在宇宙中穿梭的，最终只是机器般的存在。 另外人只要有光，太阳晒屁股也会醒吧，不一定非要刺激视神经吧。 【蔡羽的回答(3票)】: 我想了想只能想出两个字： 刺激。 如果非要多说点儿： 不管是突然特别热突然特别冷突然特别疼突然特别响你都会醒啊…… 【LEEM的回答(3票)】: 因为人脑中有一种激素叫 褪黑素 褪黑素越多，我们就越困 它是随着光线增强而下降水平的 所以当眼睛收到光刺激时，我们更清醒 【迪亚士的回答(2票)】: 2002年，一批科学家发现一种特殊的细胞能让人保持清醒: 眼睛后部有一组全新的接受细胞，将有助于控制我们的睡眠模式。当灯光射进我们的眼睛达到眼球后的视网膜时，视网膜内的微小细胞所含有的色素将对日光做出反应，这些细胞会把信号传到大脑，此时大脑将调节褪黑激素的分泌，血液里褪黑激素的水平决定了你是昏昏欲睡还是保持完全清醒。 晚上，身体分泌的睡眠褪黑激素将逐渐增加，它将帮助我们入睡。当日光透过窗帘洒进房间时，一场接力赛在大脑里开始了。虽然眼睛还未打开，视网膜里的细胞已经对蓝色的光做出反应，他们向大脑的生物钟发出信号，提醒松果腺，减少睡眠褪黑激素的分泌。因此，身体就会更加警觉。 摘自视频《BBC:关于睡眠你应知道的十件事》 根据以上发现，睡觉时灯光亮起会使身体迅速做出反应，导致突然惊醒。 【爆穿肠的回答(2票)】: 严重赞同 @蔡羽 的答案。 这只是突然的强烈刺激中断了睡眠而已。这是身体自我防御的一种体现。 前排好多专业人士列举了褪黑素和生物节律一类的东西，理论上完全正确，未来的应用相信也是造福全人类的。但是……不太适合解释题主描述的情况。 相信题主和基友们，如果不是因为日光灯突然亮起，睡到日上三竿也不是没可能的吧？ 其实要区分是应激性的唤醒还是生物节律使然，有个很简单的方法： 就是好好体会一下，你醒的时候是不是很痛苦。呵呵…… 【知乎用户的回答(1票)】: 灯开了，眼皮也透光的吧，就算你眼睛蒙上了，你膝盖都能感受到光！ 20世纪90年代末，康奈尔大学的斯科特·坎贝尔和帕特里夏·默菲做了一个用光线照射人的膝盖后面的实验，该实验成为了这一领域最不寻常也最具争议性的研究之一。此前的研究表明，如果以光线照射人的双眼，可以欺骗大脑加速或减缓人体生理时钟的运转，因此可以借此减小时差所带来的影响。坎贝尔和默菲想要知道，人体的其他部位是不是也能够监测到类似的信号。由于膝盖的后面有很多靠近皮肤表层的血管，所以他们决定用特制的卤素灯照射这一区域来验证自己的假设。在一个小范围的研究中，他们发现了自己想要的证据：跟直射在眼睛上的光线一样，照射在膝盖后面的光线也具备改变生理时钟运转的能力。 【诸子十一的回答(0票)】: 这就跟天越黑你就会自然而然觉得越困一样。还有题主，一大早突然惊醒是非常不好的，好像会导致惊厥还是啥的记不清了，总之挺严重的。 但有幸参与过大天朝平均每年爆发一次的全国性大规模战争-----中高考的鄙人表示，我真的懂那种感受！ 【jianyu的回答(0票)】: 我没有醒过啊 |
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