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Brain Sleep

来自客座博主Daniel Bor

我13岁时曾做梦,梦见伴随着家用冰箱的嗡嗡作响声,一个美丽的女人在抚摸我的手掌。但实际上,是一只巨大的、嗡嗡作响的黄蜂落在了我的右手。它悠闲地走来走去,然后叮咬了我。震惊过后,我感到困惑,为什么睡梦中的大脑阻止我意识到这种潜在的危险。6年前的情况与此相反,即便是我睡得最沉的时候,也一定会被我刚出生的女儿的第一声哭声所唤醒。我们的大脑是如何决定是否叫醒我们的,难道是基于现实中所发生的事吗?为什么这一政策会根据我们是否在做梦或是否处于其他的睡眠状态而改变?

第 1 段(可获 1.76 积分)

在“神经科学杂志”最近的一篇论文中,Thomas Andrillon和他的同事发现了有趣的线索,于是开始回答这些问题。在实验参与者完成了一项简单的任务之时, 利用脑电图(EEG)来记录他们的脑电活动,这项任务是:听一系列的单词,如果所给词是动物,则用一只手按下按钮,如果所给词是一个物体,则用另一只手按下按钮。 每当参与者做出适当的手感应时,在这之前总是受大脑活动的刺激 - 一个著名的EEG标记,被称为横向准备潜力(LRP),表明在大脑的另一侧,额外的活动会穿过运动皮层达到手感应。

第 2 段(可获 1.45 积分)

至关重要的是,研究人员让参与者在清醒时完成这个测试,然后进入睡眠,让他们感兴趣的是参与者的大脑在这些状态下是如何产生不同反应的。 为了确保参与者在醒着的时候不会通过记忆单词和响应映射来“作弊”(例如,单词“桌子”总是意味着要“按右按钮”),所以在他们清醒和睡眠的不同的阶段,会有分别单独的列表。

有趣的是,当参与者迷迷糊糊轻睡之时,他们的LRP脑信号会一直持续,即使他们已经停止了身体反应,这表明他们的大脑仍在研究这些词的意义以及如何回应。 然而,并没有发现对于深度的非REM(快速眼球转动)睡眠或REM睡眠的这样一个结论 - 这是做梦最多的一个阶段。

第 3 段(可获 1.66 积分)

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但是大脑在其他睡眠状态下并不会完全忽视外部世界。 在一些试验中,参与者睡着了,而研究人员并没有注意到(他们只是在后来更严密地检查EEG信号时才注意到)。 在这些试验中,仍然提供给参与者单词,而这些单词的意义和适当的反应,早已经在他们醒着的时候就已经知道了,这些熟悉的词语确实在REM睡眠阶段引起了适当的LRP反应,这表明浅型过程仍在发生。

第 4 段(可获 1.15 积分)

对于这些实验结论,我的一个小关注点就是,鉴于参与者清醒时他们听到单词后1秒左右会产生LRP,但在所有的睡眠状态中,这种反应在3.5秒后才会产生 – 在EEG的情况下,这是一个巨大的差别。在清醒状态中,LRP采用的真的是同样的标记方式吗,是因为低效的睡眠处理或其他什么原因延迟了吗?

进一步探索这个问题的一种方法就是去观察另一种测量方法– 通过EEG记录的大脑信号的“可压缩性”。如果结果是高度随机、不可压缩的,而且意识水平高的话,那么这个人很有可能就是清醒的。通过这种测量方法,Andrillon和他的同事发现志愿者在清醒的时候意识度最高,浅度非REP睡眠状态下稍低,深度非REP睡眠状态下最低。与此同时,REM睡眠状态下的意识度与清醒状态下基本一致。考虑到当我们做梦的时候通常感到非常清醒,但却被困在脑中的故事中,这些实验结论与实际经验都是相匹配的。

第 5 段(可获 2.3 积分)

接下来,研究人员将这种意识测量与LRP相关联。当参与者处于清醒或浅层睡眠状态时,LRP信号越强,意识度就越高。关于这个结论的其中一个解释就是,当你的意识度越高的时候,即使是在浅层睡眠的状态下,你都可以听到和理解的更多,也会产生更多相关的语义和运动反应(正如这个研究中产生的更强的LRP一样)。但这里却有一个复杂的反转,因为在REM睡眠阶段,研究人员发现了一对相反的关系 – 意识度越高,LRP却越弱 – 这可能意味着人类在梦境中意识度最高,因为这时可以完全与外部世界隔离。

第 6 段(可获 1.48 积分)

作者看着另一个脑电图(EEG)标记(称为N550),并且进一步对这一解释给予了支持。给某人看个字,比起清醒的时候,他们沉睡时通常会在大概550毫秒之后显示出一个有关于大脑活动的更大的负面刺激 - 这是一个被忽视的外界迹象。在这项研究中,在轻微睡眠和深入睡眠中,LRP越大,N550越小,这表明有效的处理词与N550刺激阻断机制会形成竞争并抑制其发展。相比之下,在REM睡眠期间,LRP越大,那么实际上N550也越大,这可能是由于做梦机制会在外界开始侵入其领土时,而将其阻断。几乎就像在非REM睡眠中一样,外界的显著特征可以为深入的处理打开一扇门,但是在REM睡眠中,这些相同的特征导致门被关闭得更紧密,除非这是些危及生命的显著特征。

第 7 段(可获 2.1 积分)

本次及相关研究中出现的图片结果远远澄清了睡觉仅仅是大脑半关闭的天真看法。相反,睡眠是一个动态的、复杂的过程,且取决于你处于哪种睡眠状态。你的大脑需要经历一个困难的过程:它需要在保持睡眠状态的同时将外部环境隔离,这样一些重要的神经再生记忆巩固过程才会发生(热别是在REM睡眠阶段);但是它也需要将你与外部的危险隔离,让你在有紧急情况的时候可以醒来。这项新的研究对于外部信号可以改变多少的权重值取决于目前的睡眠状态对你的作用有多大,如在REM阶段可以保护地特别好– 即使是黄蜂的脚也能伪装成漂亮女性的手指。

第 8 段(可获 1.84 积分)

人类在睡眠状态中对于外界响应的神经标志

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本文是 Daniel Bor写的关于BPS研究的摘要。Daniel是剑桥和塞萨克斯大学的神经科学家。它写了一本针对普通受众的关于意识科学的书,《The Ravenous Brain》,他还共同撰写了介绍神经系统科学一书 ,《30 Second Brain》。他也为各类有名的杂志撰写关于神经科学和心理学的文章,包括《Scientific American Mind》,《New Scientist》,《SlateWired UK》。想了解更多信息,请登录www.danielbor.com网站或在Twitter关注@DanielBor。

第 9 段(可获 1.15 积分)

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