Neuroforskare närmare att förstå mysterierna av sömn

Som Öar som sticker upp ur den släta ytan av havet, drömmar pierce vår sömn osammanhängande episoder av medvetande. Hur kommer det sig att dessa fragment av tankar i sömn hjärnan — denna fråga har länge oroat forskare och filosofer. Tiotals år har forskare kopplat drömmar med fas av rapid eye movement (REM), när man vilar hjärnan, paradoxalt nog, ger högfrekventa hjärnvågor som är mycket lika dem som är födda under dygnets vakna timmar.

ändå har de drömmar vi ser inte bara under REM. Några konstiga studier har visat tecken på att drömma under icke-REM-sömn, när hjärnan härskar i slow-wave aktivitet — motsatsen till ångest, aktivt, medvetet tillstånd. Och nu, tack vare den studie, som publicerades i Nature Neurosciece, vi verkar för att hitta en lösning på ett knepigt dilemma.

Noggrant spåra hjärnans vågor av att sova volontärer, en grupp av forskare från University of Wisconsin har satt fingret på det lokala "hot spot" i hjärnan som aktiveras när vi sover, oavsett vilken fas av sömnen i vilken personen i fråga är belägen.

"är du säker på att du kan ange en bildtext till den sovande hjärnan, säger studiens författare Dr. Francesca Siclari.

Dessutom, med hjälp av den algoritm som utvecklats på grundval av sina iakttagelser, laget kunde förutsäga exakt när en person sover, 90% noggrannhet, och...

...och här den mest intressanta...

...om att tolka innehållet i drömmar.

"Vi fann att den sovande hjärnan och vakna hjärnan kan vara en mycket mer lika än vad det verkade, säger Siclari.

Denna studie inte bara öppnar dörren för simuleringar av drömmar för behandling av PTSD, men som också skulle kunna hjälpa forskare att hitta en leda på medvetandets mysterium.

"Betydelsen av denna artikel är helt enkelt häpnadsväckande", säger Dr. mark Blagrove från Swansea University i Wales, som inte deltog i studien.

Anatomi sova

Under en hel natts sömn cykeln går vi igenom olika faser kännetecknas av en distinkt mönster av hjärnans arbete. Forskare använder ofta EEG för att exakt fånga varje skede av sömn som handlar om att placera 256 elektroder på skallen och efterföljande uppföljning av antalet och storleken på hjärnan vågor vid olika frekvenser.

När vi slumra till, våra hjärnor visa lågfrekvent aktivitet, som löper över ytan. Dessa vågor tyder på att de nervceller är i en lugn stat" och inte kunna kommunicera mellan olika områden i hjärnan och därför låg frekvens aktivitet ofta i samband med förlust av medvetandet.

Dessa långsamma svängningar av icke-REM-sömn så småningom överföras till hög-frekvens aktivitet, vilket signalerar övergången in i en fas av rapid eye movement. Detta sömn fas är ofta förknippade med livliga drömmar, och denna relation är så djupt rotad i sömn studie, som fas av REM utan drömmar eller drömmar i den fas av icke-REM är ofta ignoreras som underligheter.

Det Visar sig att dessa märkliga fall antytt att oss att vår nuvarande förståelse av neurobiologi av sömn — är inte komplett.

Fartyget av drömmar

Att granska dessa paradoxala resultat, Siclari och hennes team spåras hjärnans aktivitet av 32 volontärer med hjälp av EEG och vaknade under natten med slumpvis valda mellanrum. Då forskarna frågade den sömniga deltagare, oavsett om de drömt något, och om så är fallet, vad har drömt om. Totalt har detta hänt 200 gånger på en kväll.

Men istället för att se den globala förskjutning aktivitet, i samband med sömn, forskarna var förvånade över att hitta det område i hjärnan på baksidan av huvudet, som dynamiskt flyttade sin verksamhet på grundval av drömmar.

De Drömmar som var förknippade med en minskning av lågfrekventa vågor i den "heta zonen" och med ökningen av högfrekventa vågor som återspeglar en hög grad av neurala aktiveringar, och hjärnans aktivitet. Det var ett slags uppvaknande, oberoende av sömn stadium eller totala aktiviteten i hjärnan.

"Allt tyder på att du behöver en mycket begränsad, väl definierade aktivering av hjärnan för att generera medveten upplevelse, säger Siclari. "Hittills har vi trott att för den generation av den medvetna upplevelsen måste vara aktiverad stora områden av hjärnan."

Vad den heta zonen är ansluten till åtgärder under sömnen, har en särskild betydelse. Tidigare arbete har visat att stimulera dessa områden i hjärnan med hjälp av en elektrod kan orsaka en känsla av att vara "i en parallell värld." Denna heta zonen innehåller också områden som integrerar sensorisk information för att bygga upp en virtuell modell av världen omkring oss. Denna typ av modellering lägger Grunden för många av våra imaginära världar, och att den heta zonen är väl lämpad för denna verksamhet", säger författarna.

Om aktiva heta zonen i själva verket utgör den "signatur sova", dess verksamhet måste kunna säga om en person som sover i exakt den angivna tiden. Författarna har skapat en algoritm som bygger på deras resultat och kontrollerat dess riktighet på en separat grupp av människor.

"Vi vaknade upp dem när algoritmen berättade för oss att de sover, endast 84 gånger", skriver forskarna.

Totalt denna algoritm visade 90% noggrannhet i analysen av förekomsten av sömn — även i de fall då deltagarna kom inte ihåg innehållet i sina drömmar, men var säker på att de sov.

att Läsa drömmar

Sedan den heta zonen innehåller områden att bearbeta visuell information, har forskare undrat om det är möjligt att få tillgång tillinnehållet i drömmar av ämnen med hjälp av EEG-mätningar.

Drömmar kan vara väldigt verkligt, med händelserna, eller helt abstrakt, fri fantasi, forskare säger. Personer, platser, rörelser och tal är alla normala delar av drömmar som kan behandlas snabbt och enkelt identifiera de regioner av den varma zonen, så de bestämde sig för att fokusera på dessa aspekter.

Det är anmärkningsvärt att de volontärer som berättade för mig att de sade i dina drömmar, har visat att aktiviteten i områden i hjärnan som ansvarar för tal; och de som drömde om att människor visat aktivitet i centrum för erkännande.

"Det tyder på att drömmar använda samma områden i hjärnan och medvetna upplevelsen under dygnets vakna timmar för ett specifikt innehåll," säger Siclari, att notera att den tidigare studier kan endast visa på exempel på den "zon av skymning", övergången mellan sömn och vakenhet.

Slutligen, jag har varit intresserad av vad som händer när vi sover, men inte ihåg specifika detaljer. Det visade sig att denna främmande stat är en separat EEG-signatur: memorera delar av sömn var i samband med en explosion av hög frekvens aktivitet i frontala delar av hjärnan.

Ge upphov till intressanta frågor, till exempel om frontalloben i hjärnan för lucid dreaming, en särskild stat där människor inser att sova och kan ändra innehållet i drömmen.

liv

Forskarna kan ännu inte förklara vad som aktiverar den heta zonen under sömnen, men svaren kan berätta för oss om sömn är en biologisk ändamål, till exempel för behandling av minnen i stort begrepp om världen.

Den Kartläggning av aktiviteten i den sovande hjärnan kan också leda till olika sätt att direkt manipulera våra drömmar, via icke-invasiva behandlingar såsom transkraniell stimulering nuvarande. Introduktion till viloläge kan hjälpa personer med insomni, och förstörelse störningar av sömn kan hjälpa patienter med PTSD att sova bättre.

Dr Julo Tononi, är huvudförfattare till studien, menar att konsekvenserna av denna studie går långt utöver sova.

"Vi kunde jämföra beteendet hos den sovande hjärnan i jämförelse med att vakna. Denna studie kan vara en värdefull modell för studiet av medvetandet", säger han.