Нейробіологи наблизилися до розгадки таємниці сну

Подібно островів, стирчить з гладкої поверхні океану, сновидіння пронизують наш сон незв'язними епізодами свідомості. Звідки з'являються ці обривки думок в сплячому мозку — це питання давно турбує вчених і філософів. Десятки років вчені пов'язували сни з фазою швидкого руху очей (БДГ), коли відпочиває мозок парадоксальним чином виробляє високочастотні мозкові хвилі, які дуже схожі на ті, що народжуються під час неспання.

І все ж сни ми бачимо не тільки під час БДГ. Кілька дивних досліджень виявили ознаки сновидінь під час не-БДГ-сну, коли в мозку панує медленноволновая активність — протилежна тривожному, активного, свідомого стану. І ось, завдяки дослідженням, яке було опубліковане в Nature Neurosciece, ми, схоже, почали намацувати відповідь на каверзну дилему.

Ретельно відстежуючи мозкові хвилі сплячих добровольців, група вчених з Університету штату Вісконсін точно визначили локальну «гарячу точку» в мозку, яка активується, коли ми спимо, незалежно від фази сну, в якому знаходиться людина.

«Ви справді можете визначити підпис сплячого мозку», говорить автор дослідження доктор Франческа Сікларі.

Більш того, використовуючи алгоритм, розроблений на підставі спостережень, група вчених змогла точно передбачити, коли людина спить, з 90% точністю, і ще...

...і тут найцікавіше...

...приблизно розібрати зміст снів.

«Ми з'ясували, що сплячий мозок і безсонний мозок можуть бути набагато більш схожі, ніж уявлялося», говорить Сікларі.

Це дослідження не тільки відкриває двері для моделювання снів для терапії ПТСР, але і може допомогти вченим знайти ниточку до таємниці свідомості.

«Важливість цієї статті просто вражаюча», говорить доктор Марк Благров з Університету Суонсі в Уельсі, який не брав участі в дослідженні.

Анатомія сну

У ході повноцінного нічного циклу сну ми проходимо через різні стадії, що характеризуються відмінними картинами роботи мозку. Вчені часто використовуються ЕЕГ, щоб точно захоплювати кожну стадію сну, що включає розміщення 256 електродів на черепі людини і подальше відстеження числа і розмірів мозкових хвиль на різних частотах.

Коли ми починаємо дрімати, наші мізки демонструють низькочастотну активність, яка проходить по всій поверхні. Ці хвилі сигналізують, що нейрони знаходяться в «спокійному стані» і не здатні комунікувати між областями мозку — тому низькочастотну активність часто пов'язують з втратою свідомості.

Ці повільні коливання не-БДГ-сну в кінцевому підсумку переходять у високочастотну активність, що сигналізує про перехід в фазу швидкого руху очей. Ця фаза сну часто асоціюється з яскравими сновидіннями — і цей зв'язок так глибоко вкоренилася в дослідженні сну, що випадки фази БДГ без сновидінь або сни у фазі не-БДГ часто ігнорувалися як дивацтва.

Виявляється, ці дивні випадки натякали нам, що наше нинішнє розуміння нейробіології сну — не повне.

Ловці снів

Щоб переглянути ці парадоксальні результати, Сікларі і її команда відстежували активність мозку 32 добровольців за допомогою ЕЕГ і будили їх протягом ночі з довільними інтервалами. Потім вчені запитували сонних учасників, снилося їм щось, і якщо так, що саме снилося. У загальній складності це відбувалося 200 разів за ніч.

Але замість того, щоб побачити глобальний зсув активності, пов'язане зі сном, вчені з подивом виявили область мозку в задній частині голови, яка динамічно зміщувала свою активність на основі виникають сновидінь.

Сни були пов'язані з зменшенням низькочастотних хвиль в «гарячій зоні» і з збільшенням високочастотних хвиль, відображають високі темпи нейронних активацій і активності мозку. Це було свого роду пробудженням, незалежним від стадії сну або загальною активності мозку.

«Все вказує на те, що необхідна дуже обмежена, чітко окреслена активація мозку для генерації свідомого досвіду», говорить Сікларі. «Досі ми думали, що для генерації свідомого досвіду повинні бути придатним великі області мозку».

Те, що гаряча зона підключається до дії під час сну, має певний сенс. Попередні роботи показали, що стимулювання цих областей мозку за допомогою електрода може викликати відчуття перебування «в паралельному світі». Ця гаряча зона також містить ділянки, які інтегрують сенсорну інформацію для побудови віртуальної моделі світу навколо нас. Такого роду моделювання закладає фундамент для безлічі наших уявних світів, і ця гаряча зона відмінно пристосована для цієї справи», - говорять автори.

Якщо активна гаряча зона насправді являє собою «сигнатуру сну», її активність повинна бути в змозі сказати, спить людина в конкретно заданий момент. Автори створили алгоритм на підставі своїх результатів і перевірили його точність на окремій групі людей.

«Ми будили їх всякий раз, коли алгоритм говорив нам, що вони сплять, всього 84 рази», пишуть дослідники.

У цілому цей алгоритм показав 90-відсоткову точність аналізу присутності сну — навіть у тих випадках, коли учасники експерименту не пам'ятали вміст своїх снів, але були впевнені, що спали.

Читають сни

Оскільки гаряча зона містить ділянки, які обробляють візуальну інформацію, вчені задумалися, чи можна отримати доступ довмісту снів випробовуваних за допомогою ЕЕГ-зчитувань.

Сни можуть бути виключно відчутними, з подіями, або повністю абстрактними, як вільна фантазія, кажуть вчені. Особи, місця, рухи і мова — все це звичні компоненти снів, які обробляються легко виявляються регіонами гарячої зони, тому дослідники вирішили зосередитися на цих аспектах.

Що примітно, добровольці, які розповідали, що говорили у своїх снах, демонстрували активність в областях мозку, які відповідають за мову; а ті, кому снилися люди, демонстрували активність у центрах розпізнавання осіб.

«Це говорить про те, що сни використовують всі ті ж ділянки мозку, що і свідомий досвід під час неспання, для певного вмісту», говорить Сікларі, відзначаючи, що раніше дослідження могли показати це на прикладі «зони сутінків», перехідною між сном і неспанням.

Нарешті, вчені зацікавилися тим, що відбувається, коли ми спимо, але не пам'ятаємо конкретних деталей. Виявилося, що у цього дивного стану є окрема ЕЕГ-підпис: запам'ятовування деталей сну було пов'язано зі сплеском високочастотної активності в передніх ділянках мозку.

Народжуються цікаві запитання, наприклад, чи відповідають фронтальні частки мозку за усвідомлені сновидіння, особливий стан, коли люди розуміють, що сплять і можуть змінювати вміст сну.

Пробудження життя

Вчені поки не можуть пояснити, що активує гарячу зону під час сну, але відповіді можуть підказати нам, чи є у сну біологічне призначення, наприклад, переробка спогадів у великі поняття про світ.

Картування активності сплячого мозку може також призвести до появи способів безпосередньо маніпулювати нашими снами, використовуючи неінвазивні процедури, наприклад, транскраніальну стимуляцію струмом. Введення в стан сну може допомогти людям з безсонням, а руйнування тривожного сну може допомогти пацієнтам з ПТСР краще висипатися.

Доктор Джуло Тонони, провідний автор дослідження, вважає, що наслідки цього дослідження виходять далеко за рамки сну.

«Ми змогли порівняти, як веде себе сплячий мозок порівняно з бадьорим. Це дослідження може стати цінною моделлю для дослідження свідомості», говорить він.