Что происходит в мозге во время сна и можно ли это записать?

Мы знаем, что находится за пределами нашей планеты, Солнечной системы и галактики. Но то, что происходит когда мы видим сны, остается для ученых загадкой. Впервые записать мозговую активность спящего человека удалось ученым из Чикагского университета в 1952 году. Именно тогда, в ходе наблюдений за электрической мозговой активностью спящих испытуемых, состоялось открытие фазы быстрого движения глаз (rapid eye movement, REM), во время которой мы видим сны. Поначалу исследователи думали, что полученные данные – поломка оборудования, раз показывает, что посреди ночи человек начинает быстро вращать глазами. Не обнаружив в оборудовании неполадок ученые зашли в комнату, посветили фонариком на глаза спящего и увидели, что глаза действительно двигались под веками туда и обратно, в то время как тело лежало неподвижно. Благодаря этому открытию мы знаем, сегодня что существует несколько стадий сна. Примечательно, что когда испытуемых будили посреди фазы быстрого сна, чаще всего они помнили что им снилось. Но можно ли записывать сны?

Как мозг создает сновидения?

Ключевая фигура в науке о сне Уильям Демент, профессор Стэнфордского университета, в 1957 году совершил революционное открытие: во время фазы быстрого сна мозг человека так же активен, как и во время бодрствования. При этом он работает в особом режиме. Демент выдвинул теорию о том, что человеческий мозг функционирует по-разному в соответствии с тремя периодами: сон, бодрствование и фаза быстрого движения глаз.

Следующим важным событием в изучении сновидений, как пишет «Теории и практики» стал «кошачий» эксперимент французского исследователя Мишеля Жуве. В ходе эксперимента ученый нанес животным небольшие повреждения в области ствола головного мозга и обнаружил, что механизмы, которые блокируют движения во время фазы быстрого сна можно остановить. В результате спящие кошки выгибали спины, шипели и набрасывались на невидимых врагов, разыгрывая свои сны. Они «бывали настолько свирепы, что экспериментатору даже приходилось отскакивать», — записал он. Стоило кошке яростно броситься на врага, как она внезапно просыпалась и сонно огладывалась вокруг, не понимая, где находится.

Сны могут казаться ужасно реальными, когда мы крепко спим. При пробуждении, однако, мы забываем 85% своих сновидений.

Вскоре стадию сновидений обнаружили у всех птиц и млекопитающих, в связи с чем ценность человеческих снов несколько снизилась. Как только у ученых появилась возможность опознавать и фиксировать сны при помощи нейронных колебаний, сны перестали казаться сложным мистическим отражением нашего подсознания и интерес исследователей к этой области несколько поубавился.

Сны – сложный процесс, протекающий в несколько этапов

Так было до тех пор, пока Кэлвин Холл, преподаватель психологии Западного резервного университета Кейза в Кливленде не создал каталог человеческих снов, о чем стало известно лишь в год его смерти (1985). Оказалось, ученый собрал описание более пятидесяти тысяч снов людей различных возрастов и национальностей. Вывод, к которому пришел Холл после 30 лет работы, был диаметрально противоположным идеям Фрейда: сны вовсе не наполнены скрытым смыслом — напротив, в основном они крайне незамысловаты и предсказуемы. Холл утверждал, что ему достаточно знать кто действующие лица, чтобы с точностью угадать дальнейшее развитие событий во сне.

По-сути, сны – это яркие воспоминания, которых никогда не было. Во сне мы оказываемся внутри всеобъемлющей параллельной реальности, фантастического мира, который принадлежит только нам. Но сновидения, особенно веселые, мимолетны и в этом их основная проблема.

В апреле 2017 года, как пишет издание Discover, группа ученых из Университета Висконсин-Мэдисон выявила «заднюю кортикальную горячую зону» (posterior cortical hot zone) в головном мозге, которая могла указывать, спит человек или нет. Эта часть мозга участвует в восприятии реальности в более общем смысле. Исследователи обнаружили, что когда испытуемые сообщали о сновидениях — независимо от того, помнили ли они сон, — в этой горячей зоне наблюдалось снижение низкочастотной активности или медленных волн.

Так как сновидения связаны с повышением высокочастотной активности в горячей зоне, это снижение медленных волн в мозговой активности может служить сигналом для того, когда происходят сновидения, как если бы внезапно загорелся красный свет записи. Это очень важно, потому что знание того, когда происходят сны, может позволить ученым более надежно их записывать.

В дополнение к выявлению сигналов от мозга, которые указывают на то, что человек спит, ученые также обнаружили, что части мозга, участвующие в восприятии во время бодрствования, ведут себя точно так же во время сна. Оказалось, что определенные типы восприятия во сне активируют те же области мозга, что и восприятие во время бодрствования.

Можно ли записывать сны?

Работа, опубликованная в журнале Current Biology вселяет оптимизм по поводу возможности записи сновидений или, по крайней мере, отдельных его частей. Так, полученные результаты показали, что миндалевидное тело – область мозга, которая тесно связана с эмоциями, как и область Вернике, отвечающая за обработку речи, были активны во время фазы быстрого сна. Авторы исследования отмечают, что запись снов может быть проще, чем попытки расшифровать сложные визуальные сцены в режиме реального времени (наблюдения за спящими испытуемыми).

Но как насчет звука? Будет ли в будущем запись снов бесшумной или это будет похоже на фильм? Многие ученые, изучающие сновидения, сходятся во мнении, что проще всего расшифровывать и записывать визуальные образы. Но существует одна проблема: мозг работает по-разному во время сна. Области, которые активны в часы бодрствования, могут быть не столь активны во время сна. Из-за этого существует разрыв между данными МРТ, собранными во время бодрствования и сна, что затрудняет соединение этих двух наборов данных с компьютерными алгоритмами.

Сегодня исследователи в области сна с оптимизмом смотрят в будущее, особенно в зарождающейся области использования алгоритмов искусственного интеллекта для исследования сферы бессознательного. Существующие исследования сегодня сосредоточены на расшифровке видений и движений во сне, хотя ученые не видят фундаментальных трудностей в расшифровке других модальностей и эмоций.

Авторы еще одного исследования говорят, что расшифровали категориальное содержание сновидений. Камитани, как и другие ученые, изучающие содержание сновидений, информировал свое исследование, будя испытуемых в течение всей ночи и спрашивая их, что им снилось. Затем он построил индивидуальные каталоги мозговой активности, соответствующие образам, воспринимаемым во время бодрствования и обучил нейронную сеть распознавать эти паттерны мозговых волн во время разных фаз сна.

Документируя ключевые слова и частые категории из отчетов о снах испытуемых, ученые выбрали фотографии, представляющие каждую категорию и показывали их участникам, когда те бодрствовали. Мозговая активность испытуемых при просмотре этих изображений во время бодрствования регистрировалась и сравнивалась с мозговой активностью во время сновидений. Используя этот метод, исследователи смогли предсказать содержание сновидений испытуемых с высокой точностью, и в настоящее время они работают над созданием изображений из мозговой активности во время сна.

Некоторые ученые считают, что сны представляют собой симуляцию реальности, которая позволяет нам в очень безопасной среде обучаться новому поведению и навыкам противостоять угрозам или справляться со сложными социальными ситуациями. Так или иначе, большинство наших умозаключений о снах и той роли, которую они играют в нашей жизни, будут субъективными, а изучение отдельных элементов сновидений приводит к каскадам новых вопросов, ответов на многие из которых сегодня не существует. Но это не значит, что нужно перестать задавать вопросы. Например, изменит ли возможность записи сновидений, то, что и как мы о них думаем? Ответы на эти и другие ответы смотрите в увлекательном видео от AsapSCIENCE в переводе и озвучке Vert Dider: