Jak wyspy wystające z gładkiej powierzchni oceanu, sny przeszywają nasz sen niespójnymi epizodami świadomości. Gdzie te strzępki myśli pojawiają się w śpiącym mózgu - to pytanie od dawna niepokoi naukowców i filozofów. Od dziesięcioleci naukowcy łączą sny z Rapid Eye Movement (REM), kiedy mózg w stanie spoczynku paradoksalnie wytwarza fale mózgowe o wysokiej częstotliwości, bardzo podobne do tych, które powstają podczas czuwania.
A jednak sny widzimy nie tylko podczas fazy REM. Kilka dziwnych badań wykazało oznaki śnienia podczas snu nie-REM, kiedy w mózgu panuje aktywność fal wolnofalowych - przeciwieństwo stanu lęku, aktywności i świadomości. I tak, dzięki badaniom opublikowanym w Nature Neurosciece, wydaje się, że zaczęliśmy szukać odpowiedzi na nikczemny dylemat.
Uważnie monitorując fale mózgowe śpiących ochotników, zespół naukowców z University of Wisconsin wskazał lokalne „gorące miejsce” w mózgu, które jest aktywowane podczas snu, niezależnie od fazy snu, w której znajduje się dana osoba.
„W rzeczywistości można zidentyfikować sygnaturę śpiącego mózgu” - mówi autorka badania, dr Francesca Siclari.
Co więcej, korzystając z algorytmu opracowanego na podstawie jej obserwacji, grupa naukowców była w stanie dokładnie przewidzieć, kiedy dana osoba śpi z 90% dokładnością i nie tylko …
… a oto najciekawszy …
… aby z grubsza zdemontować treść snów.
„Odkryliśmy, że mózg uśpiony i mózg na jawie mogą być znacznie bardziej podobne, niż sobie wyobrażano” - mówi Siclari.
Film promocyjny:
Badania te nie tylko otwierają drzwi do modelowania snów w terapii PTSD, ale mogą pomóc naukowcom znaleźć trop do tajemnicy świadomości.
„Znaczenie tego artykułu jest zdumiewające” - mówi dr Mark Blagrov z Uniwersytetu Swansea w Walii, który nie brał udziału w badaniu.
Anatomia snu
Podczas całego cyklu snu przechodzimy przez różne etapy charakteryzujące się charakterystycznymi wzorcami mózgowymi. Naukowcy często używają EEG do dokładnego rejestrowania każdego etapu snu, co polega na umieszczeniu 256 elektrod na czaszce osoby, a następnie śledzeniu liczby i wielkości fal mózgowych na różnych częstotliwościach.
Kiedy zasypiamy, nasze mózgi wykazują aktywność o niskiej częstotliwości, która przemieszcza się po całej powierzchni. Fale te sygnalizują, że neurony są w „stanie spoczynku” i nie są w stanie komunikować się między obszarami mózgu - dlatego też aktywność o niskiej częstotliwości często wiąże się z utratą przytomności.
Te powolne fluktuacje snu bez fazy REM ostatecznie przekładają się na aktywność o wysokiej częstotliwości, sygnalizując przejście do szybkiego ruchu oczu. Ta faza snu jest często kojarzona z wyrazistymi snami - a ten związek jest tak głęboko zakorzeniony w badaniach nad snem, że przypadki RHD bez śnienia lub snu nie-REM były często ignorowane jako osobliwości.
Okazuje się, że te dziwne przypadki wskazywały na to, że nasze obecne rozumienie neurobiologii snu jest niepełne.
Łapacze snów
Aby ponownie rozważyć te paradoksalne wyniki, Siclari i jej zespół monitorowali aktywność mózgu 32 ochotników za pomocą EEG i budzili ich przez noc w przypadkowych odstępach czasu. Następnie naukowcy zapytali zaspanych uczestników, czy o czymś śnili, a jeśli tak, to o czym dokładnie śnili. W sumie zdarzyło się to 200 razy w ciągu nocy.
Jednak zamiast zobaczyć globalną zmianę w aktywności związanej ze snem, naukowcy byli zaskoczeni, gdy znaleźli obszar mózgu z tyłu głowy, który dynamicznie zmieniał swoją aktywność w zależności od pojawiających się snów.
Sny wiązały się ze spadkiem fal o niskiej częstotliwości w „gorącej strefie” oraz ze wzrostem fal o wysokiej częstotliwości, odzwierciedlając wysokie wskaźniki aktywacji neuronów i aktywność mózgu. To był rodzaj przebudzenia, niezależnego od fazy snu czy ogólnej aktywności mózgu.
„Wszystko wskazuje na to, że do wytworzenia świadomego doświadczenia potrzebna jest bardzo ograniczona, dobrze zdefiniowana aktywacja mózgu” - mówi Siclari. „Do tej pory myśleliśmy, że duże obszary mózgu muszą zostać aktywowane, aby generować świadome doświadczenia”.
Ma sens, że gorąca strefa łączy się z akcją podczas snu. Wcześniejsze prace wykazały, że stymulacja tych obszarów mózgu za pomocą elektrody może wywoływać poczucie bycia „w równoległym świecie”. Ta gorąca strefa zawiera również obszary, które integrują informacje sensoryczne, aby zbudować wirtualny model otaczającego nas świata. Ten rodzaj symulacji stanowi podstawę wielu naszych wyimaginowanych światów, a ta gorąca strefa dobrze się do tego nadaje”- twierdzą autorzy.
Jeśli aktywna strefa gorąca jest w rzeczywistości „sygnaturą snu”, jej aktywność powinna być w stanie stwierdzić, czy dana osoba śpi w danej chwili. Autorzy stworzyli algorytm na podstawie ich wyników i przetestowali jego trafność na osobnej grupie osób.
„Budziliśmy ich, ilekroć algorytm wskazywał nam, że śpią, w sumie 84 razy” - piszą naukowcy.
W sumie algorytm ten wykazał 90-procentową dokładność w analizie obecności snu - nawet w przypadkach, gdy uczestnicy nie pamiętali treści swoich snów, ale byli pewni, że śpią.
Czytanie snów
Ponieważ strefa gorąca zawiera obszary przetwarzające informacje wizualne, naukowcy zastanawiali się, czy możliwy jest dostęp do treści snów badanych za pomocą odczytów EEG.
Marzenia mogą być niezwykle namacalne, z rozwijającymi się wydarzeniami lub całkowicie abstrakcyjne, jak wolna fantazja, twierdzą naukowcy. Twarze, miejsca, ruchy i mowa są znanymi składnikami snów, które są przetwarzane przez łatwo rozpoznawalne obszary gorącej strefy, dlatego naukowcy postanowili skupić się na tych aspektach.
Co ciekawe, ochotnicy, którzy relacjonowali to, co mówili w swoich snach, wykazywali aktywność w obszarach mózgu odpowiedzialnych za mowę; a ci, którzy marzyli o ludziach, przejawiali aktywność w centrach rozpoznawania twarzy.
„Sugeruje to, że sny wykorzystują do pewnych treści wszystkie te same obszary mózgu, co świadome doświadczenia podczas przebudzenia” - mówi Siclari, zauważając, że wcześniejsze badania mogły to pokazać jedynie w „strefie zmierzchu”, czyli przejściu między snem i czuwanie.
Wreszcie naukowcy są zainteresowani tym, co dzieje się, gdy śpimy, ale nie pamiętają szczegółów. Okazało się, że ten dziwny stan ma oddzielną sygnaturę EEG: zapamiętywanie szczegółów snu było związane z gwałtownym wzrostem aktywności o wysokiej częstotliwości w przednich obszarach mózgu.
Interesujące są na przykład płaty czołowe mózgu odpowiedzialne za świadome sny, szczególny stan, w którym ludzie rozumieją, że śpią i mogą zmieniać treść snu.
Przebudzenie życia
Naukowcy nie mogą jeszcze wyjaśnić, co aktywuje strefę gorącą podczas snu, ale odpowiedzi mogą nam powiedzieć, czy sen ma cel biologiczny, na przykład przetwarzanie wspomnień w duże koncepcje świata.
Mapowanie aktywności śpiącego mózgu może również prowadzić do sposobów bezpośredniego manipulowania naszymi snami za pomocą nieinwazyjnych procedur, takich jak stymulacja przezczaszkowa. Indukcja snu może pomóc osobom z bezsennością, a zakłócanie zaburzeń snu może pomóc pacjentom z PTSD uzyskać lepszy sen.
Dr Giulo Tononi, główny autor badania, uważa, że implikacje tego badania wykraczają daleko poza sen.
„Udało nam się porównać zachowanie mózgu śpiącego z mózgiem na jawie. Te badania mogą być cennym modelem do badania świadomości”- mówi.
ILYA KHEL