如何区分人是否在做梦,科学家找到了一个简单的标准

  来源:环球科学

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  当我们做梦时,大脑充满了嘈杂的神经活动,就像清醒时一样。加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在这些杂音中找到了代表做梦或快速眼动(REM)睡眠的神经活动片段。这一发现或许会让我们更容易检测出现睡眠障碍、昏迷不醒以及处于麻醉状态下的人。

  每年都有数十万的人会通过过夜研究来诊断自己的睡眠问题,而伴随着大多数人逐渐从清醒到深度慢波睡眠,再到快速眼动睡眠,他们的大脑活动也会一直处于脑电图(EEG)的监视下。但是,脑电图本身并不能说明病人是醒着还是在做梦,医生只能通过记录的双眼活动、肌肉紧张度(熟睡时,身体肌肉会放松到一种基本麻痹的状态,防止我们在睡梦中醒来),来辨别快速动眼睡眠。

  论文的通讯作者、神经科学教授Robert Knight说:“我们现在真的拥有了一种标准,能判断你是否处于快速眼动睡眠。这是一种判断有无意识的通用标准。”这篇论文在线发表于eLife上。

  论文的共同作者、加州大学伯克利分校心理学和神经科学教授Matthew Walker说:“这些新发现显示,人脑电活动信号的存在一些简单、特殊的标记。如果我们测量这种简单的电活动标记,就能在第一时间准确辨别某个人的意识正处在什么阶段——做梦、完全清醒、麻痹还是深度睡眠。”

  而这种通过脑电图辨别快速眼动睡眠的能力,让医生能监视处于麻痹状态的病人,以此来研究麻药引发的无意识与正常睡眠的区别。目前,这个问题仍未得到解决。这也是文章的第一作者、麻醉医生Janna Lendner发起这项研究的主要原因。

  Lendner是加州大学伯克利分校的麻醉学博士后,目前正在德国图宾根大学医学中心进行第四年的学习,她说:“我们经常和病人说‘你现在要睡觉了’,我很好奇麻醉和睡觉这两种状态在多大程度上重叠的。麻醉会产生一些副作用,如果我们对两者的产生原因有一定的了解,实际上,麻醉或许劫持了某些睡眠通路。利用这项研究,我们也许可以改善麻醉措施。”

  正如Walker 在2017年出版的《我们为什么要睡觉》中写道:“睡眠让我们能更好地进行多种活动,包括学习、记忆、做逻辑决策和选择等。它能维护着我们的身心健康,重新调节大脑的情绪回路,让我们以冷静沉着的头脑应对第二天的社交和心理挑战。”而睡眠中断则会扰乱以上的所有活动,增加身理、心理和神经性疾病的风险。

  大部分睡眠研究都聚焦于同步而有节律地流经大脑神经网络的电磁波,从标志着深度睡眠的慢波(一般出现在睡眠的前几个小时)到代表做梦的更高频率的电磁波。一些脑电波会突然出现通常的脑神经活动之上,通常会被视为噪声而忽略。

  但是,Knight和他的研究团队已经对这种“噪声”研究了十余年,并发现它包含着一些关于大脑状态的有效信息。比如在2015年,他和目前就职于加州大学圣迭戈分校的前博士生Bradley Voytek发现高频率脑电活动的数量会随着年龄而增加。Lendner现在发现,相对于低频率的脑电活动,这些高频率活动才是快速眼动睡眠的独特标记。

  他们的测量方式能区分不同频率下的大脑活动——有多少神经活动的频率在每秒1个周期到50个周期之间,并求出斜率(1/f),即数值下降的速度。与清醒或麻醉时相比,1/f的骤降在快速眼动睡眠时更剧烈。

  Lendner说:“这种没有节律的背景活动,被我们忽略很长时间了。有时候它被称为噪声,但其实不是;它携带着大量的信息,也包括潜在的唤醒水平。这种标准让只看脑电图来区分快速眼动睡眠和清醒成为了可能。”

  由于慢波与大脑中的抑制性活动相关,而类似清醒时的高频率活动与兴奋行为相关。因此,这种剧烈的骤降或许意味着脑中有很多活动,包括那些与肌肉运动相关的神经活动,它们在快速眼动睡眠时会被抑制。

  Lendner在用脑电图头皮电极记录了20个人大脑的夜间活动后,找到了这种典型的判断标准。其中有10个人脑部曾植入电极,这是在癫痫手术前查找病因的必要检查手段。目前,他正在回顾昏迷患者的脑记录,以了解他们的脑活动在一天中是如何变化的,以及1/f是否能被用于检测昏迷发生的可能性。

  Knight说:“更重要的是,我认为这是评估昏迷状态的另一个指标。1/f非常灵敏,它可以使用的情况是,比如有人意识模糊且无法动弹,以及病人是否比你想象的更清醒。”

 

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