当前位置: 首页 > 科普园地

大脑奥秘——科学告诉你:人为什么会做梦?

admin 发布于 2016-01-12 00:52:38 阅读次数 891

我们睡着后会发生什么?截至目前,我们已经把睡眠视为一种“关闭”状态进行了一番探讨。但是,在这种“关闭”状态之中,大脑仍然在做着一些异常复杂的事情。

你没准听说过,在睡眠中的某个时点,我们会进入一种被称为“快速眼动期”(rapid eye movement,简称REM)的脑功能阶段。在REM睡眠中,唤醒系统的一部分会有一点点清醒。正是在这个睡眠阶段,大脑中的某些部分会发生一些非常微妙的事情,它们会对情景记忆(episodic memories)进行编码,所谓情景记忆就是关于你白天所经历的事情的记忆。

在你大脑的深处有一个海马形状的区域叫作“海马”(hippocampus)。通常,我们认为海马负责将短时记忆整合进长时记忆。同时,海马也在空间导航(利用标志物来找寻出从A地到B地的路径的能力)中扮演非常重要的角色。目前为止,对此我们最合理的猜测就是,海马能够在我们移动的过程中对周围环境形成一个小的内部地图。

如果你想要监测海马的活动,你就会面对一群属性很奇特的细胞。只要你处在空间中的某一位置,这些名为“位置细胞”(place cells)的神经元就会发生神经冲动。

往往讲到这里时,主修神经科学专业的学生就会问,“等等……你说什么???”

举个例子可能更有助于理解。想象一下你进入了一间空屋子,你认为这是一间空的洗手间,只不过你发现洗手间的一个角落里有一个贪婪的僵尸(为什么是僵尸?请往后看),另一个角落里有一把沉重的斧子。自打踏进门的那一刻起,你海马里的一些位置细胞就开始发生神经冲动来告诉大脑,“我们来到了这个房间的中部偏南的位置”。

当你冲向房间另一侧的斧子时,另一些对你在房间内的位置十分敏感的细胞就会开始产生神经冲动。

当你绕过倒在地上的卫生纸篓时一些细胞发生神经冲动;

当你跳过这个坏了的马桶在地上留下的水渍时,又有另一些细胞发生神经冲动;

当你最终到达另一个角落拿到斧子的时候,还有一些其他的细胞发生神经冲动。(你可以发现,细胞真是很容易冲动啊。。。)

或许你会问海马为什么要关心你在房间里的什么位置,(问得好,这位用心的读者!)刚才我们不是说海马是与记忆有关的一个脑区吗?发生过神经冲动的位置细胞序列以及它们产生神经冲动的顺序能够给你的大脑提供一些信息,也就是关于你在这个环境中的运动历史的信息,这与地图和游戏中那些记录你历史位置的路径图没有两样。你对房间的探索越多,海马就会对你在房间内的移动过程形成更多纪录。这就带来了更好的空间感,而且会告诉你下次再来到这里(如果你能从这次厕所遭遇僵尸的经历中逃过一劫的话)你应该怎样移动。

这有跟睡眠有什么关系呢?在这个比较深度的睡眠阶段(虽然不是最深度的睡眠),你的大脑会重复位置细胞的活动序列,这是重演白天经历的一个重要方式。科学家在二十世纪九十年代中期,通过对比老鼠在睡眠状态和清醒状态下的位置细胞活动发现了这一特征。他们发现老鼠在笼子里四处探寻的时候能够纪录到一种位置细胞活动模式,而当老鼠睡着的时候这种细胞活动会以相同的序列重复发生。

好吧,假如你不知通过什么办法在这次僵尸遭遇中幸免于难,而且你很幸运的有机会睡上一觉;那么在你睡觉的时候,你的海马中的神经元会重放你在僵尸卫生间中的移动序列,或许这是为了帮助你形成对该环境的记忆,以便下次再踏进这个不幸的领地,你能对这个地方有更多了解。这种“通过睡眠得以巩固的记忆”是正常的记忆功能中很重要的一部分。如果没有睡眠,就很难对这些依赖于海马的记忆进行编码。

多数时候,睡眠与觉醒之间的转换是一种全或无的关系。这种在清醒状态和睡眠状态之间的“全切换”其实非常重要。来想象一下,如果你大脑的各个区域不是同时完全进入睡眠状态,而是各个部分分别在不同的时间进入睡眠状态,会怎样?好比说你的运动皮层觉得是时候闭上眼睛了,但你的视觉皮层却仍然处于清醒状态,这样会很诡异,对吧?从进化的角度讲,我们在一段时间内保持要么“全开”要么“全关”的状态,总好过一直游走在一种半睡半醒的浑浑噩噩的状态中。早上刚醒来,你迷迷糊糊地走进洗手间的那头几分钟,虽说才几分钟而已,但已经够痛苦了,简直不敢想象如果这种状态要持续好几个小时会是多么悲惨的状况。

令人吃惊的是,并不是所有动物都像我们人类这样睡觉。比如说,浮生哺乳动物或者鲸类(包括海豚和鲸鱼)从来没有完全的睡眠状态,他们每次只让一半大脑休息。但是对于它们来说这一特性至关重要,因为它们需要不断的浮上水面来呼吸,一旦它们在一段相对较长的时间里进入完全的睡眠状态,它们就会窒息而死。

不过有时候,我们大脑中的这种“全切换”也会失灵。有时候这种转换发生的非常缓慢。有时候那些抑制行动的神经元的出了问题。在这些情况下,你能很快地睡着,但是你却仍然在这个世界中移动。用大白话说,这就叫“梦游”,但是用科学术语来表述的话,这种情况叫作“梦游症”(somnambulism,是梦游一词的拉丁文)。梦游中的人可以做一些令人叹为观止的复杂事情,比如在对行为完全没有意识控制的情况下走到房间外面,爬上一棵大树,而且在此之后完全回忆不起来这件事儿。

从神经科学的角度来讲,我们仍然不能确切地知道梦游究竟是如何发生的,但是直觉告诉我们很可能是深层脑系统中促进睡眠和激发觉醒的两个系统产生了不平衡状态,这种不平衡状态把梦游症病人搁置在了介于睡眠和清醒之间的一种不完全状态。脑干的深层区域似乎会同时向大脑传递“加速”和“减缓”两种相反的信号,在意识层面这两种信号势均力敌。这就意味着一部分大脑——包括在进化学意义上相对更古老的新皮层以下的区域,它们可以不受新皮层影响自行活动——即处于清醒状态;而其他部分——包括大部分新皮层,但不是全部新皮层——却保持睡眠状态。这就好比一个更深层、更古老的脑和一个更年轻的新皮层,它们二者并没有作为一个统一的大脑共同协作,而是互相对抗。

由此看来,梦游是大脑激烈对抗后产生的结果。