本文转载自公众号@神经现实

《当大脑做梦》：探索做梦的生物学功能

NEXTUP和默认模式网络

二十世纪末，正电子发射断层扫描（PET）和功能性磁共振成像（fMRI）技术横空出世，极大地改变了我们对大脑的工作机制的理解。这两种脑成像技术使科学家能够观察人们在执行一系列的精神任务时的大脑活动，生成描述这些大脑活动的精细三维地图。从盯着几何图案到观看情绪图片、阅读，从记忆单词列表到产生灵魂出窍的体验——利用这些新技术，我们了解到在各种心理活动中哪些大脑区域被“开启”。

要获得这些大脑活动的地图，实验者需要将被试推进一个巨大的甜甜圈形状的机器中心。接着机器会记录被试大脑活动的照片：首先扫描静息态影像（被试仅仅是躺着不动），然后再扫描任务态影像（被试会进行一些任务）。如果将被试任务态的活动模式减去静息态的活动模式，我们就会得到一张由任务激活的大脑区域的图片，或者说是描述实际上执行任务的是哪些脑区的地图。利用fMRI实时反映大脑活动是一个惊人的突破，科学家很快就开始绘制出几十种大脑功能所对应的地图。

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W. W. NORTON & COMPANY, JANUARY 2021

随着脑成像的研究发表得越来越多，慢慢地，研究者注意到了一些奇怪的事情。每种心理任务在激活自己特定脑区的同时，也抑制了其他脑区的活动。起初，这显得相当合理。但随着时间的推移，人们发现无论被试执行什么任务，被关闭的区域是相同的。这就说不通了。

然而，随着时间的推移，马库斯·赖克尔（Marcus Raichle）和他在圣路易斯华盛顿大学的同事们意识到了这个问题。科学家们一直在假设，在安静休息时看到的活动模式反映了大脑不做任何事情时的活动。回想起来，这显然是一个愚蠢的假设——我们的大脑总是在思考一些事情。因此，每当我们开始执行一项心理任务时，大脑所关闭的区域正是那些当我们“什么都不做”时活跃着的区域。这些区域共同构成了默认模式网络（DMN，default mode network），它的发现帮助我们真正理解了一件事：大脑从不休息。

当我们观察构成DMN的大脑区域时，我们发现一个子网络，它监视环境中重要的变化，注意各种危险。保护我们的安全可能是DMN的一个功能。但我们还发现了一些子网络，它们有的会帮助我们回忆过去的事件、想象未来的事件，有的帮助我们在空间中导航，还有的帮助我们解释他人的言行。这些都是与走神有关的心理功能。大部分的走神都涉及到对一天中发生的事情的抱怨，或者预测和计划未来的事情。事实上，这种做计划的活动被认为是走神的一种功能。因此，DMN的活动会在走神时增强，这一点也不足为奇了。这似乎是DMN的第二个功能。

- Eleni Debo -

然而，DMN不是静态结构。它会基于你先前的行为而改变。鲍勃和他的同事达拉马诺赫（Dara Manoach）让被试完成一种手指任务（这是鲍勃最喜欢的任务之一，包括学习“尽可能快而准确地键入序列4-1-3-2-4”等），之后再观察DMN的活动有什么变化。更年轻的被试在几分钟的练习中得到了更好的成绩，但后来他们就停滞不前了。在同一天休息一段时间并不能让他们更快，但如果他们睡了一晚，然后再试一次，他们就会快15%到20%。这是另一个睡眠依赖性记忆演化（sleep-dependent memory evolution）的例子。

当被试在学习这项任务时，鲍勃和达拉对他们的大脑进行扫描，并观察参与执行这项任务的大脑区域的活动；他们发现在静息态时，这些区域之间的信息交流在训练后较训练前增多了——DMN的活动（通常在安静的休息期间测量）会受到执行某项任务的影响。更重要的是，DMN的改变越多，第二天被试表现出的进步就越大。就好像这个新的DMN活动在指导着大脑在睡眠中的功能。

- Karolis Strautniekas -

事实上，大部分的DMN区域在快速眼动睡眠中也被激活，这表明白日梦这个词可能比我们想象的更恰当。威廉·多莫霍夫（William Domhoff）和他的同事基兰·福克斯（Kieran Fox）甚至认为，做梦（或者至少是REM睡眠梦）构成了一种“强化思维漫游”（enhanced mind wandering）的大脑状态。最近，多莫霍夫提出，做梦的神经基础就在于DMN。当你把以上所述的DMN的功能综合考虑，你会得到一个令人兴奋的对目前的NEXTUP模型的扩展模型。每当清醒的大脑不需要专注于某些特定的任务时，它就会激活默认的模式网络，识别那些正在进行的、不完整的心理过程——需要进一步关注的过程——并试图想象如何完成它们。有时，它在问题出现后不久就完成了这个过程，在我们从未意识到的情况下做出决定；但在其他时候，它会标记问题然后把它们放在一边，待以后通过一些睡眠依赖的过程进行处理（这个过程可能是在梦中也可能不在梦中）。有几种梦境理论都提出了类似的观点——梦境帮助我们解决生活中所关注的那些领域。DMN可以提供识别这些问题的机制，从而确定什么是NEXTUP*。

*译者注

NEXTUP（Network Exploration to Understand Possibilities）是书中提出的一种关于梦的模型，该模型观点认为梦具有提供想象可能性、评估它们、进一步计划未来行动的功能。(参考来源：https://www.the-scientist.com/reading-frames/opinion-the-biological-function-of-dreams-68184）

不同睡眠阶段的

NEXTUP和梦功能

有了这些从DMN研究中获得的新知识，我们可以重新询问“NEXTUP的功能在不同的睡眠阶段如何变化”。在睡眠的开始阶段中发生的变化可能是最大的。催眠期（hypnagogic period）是睡眠前思维漫游和睡眠早期做梦之间的独特联系。一个“转折点”通常发生在睡眠开始的心理状态中，其中理性的清醒想法——不可避免地是关于清醒的担忧或不完整的心理过程——转变为催眠梦（hypnagogic dreams）。

- Matt Chinworth -

那么，来自美国国立卫生研究院的席尔瓦娜·霍洛维茨（Silvana Horovitz）发现DMN在整个催眠阶段都很活跃，这也就不奇怪了。她还看到睡眠开始阶段的视觉处理区域的大脑活动显著增加。催眠梦的其他特征也佐证了它们在NEXTUP中具有独特的作用。根据被试的报告，睡眠开始阶段（N1*）产生的梦明显短于其他NREM和REM睡眠期的梦。它们通常与你入睡前的想法有很明显的联系，由这些想法开始快速平缓地推进（即使可能是朝着不可预测的方向）。相比更晚些时候的梦，催眠梦通常显得不那么奇怪和情绪化，而且它们往往缺乏两个一般会存在于其他梦中的特征：自我陈述和叙事结构。很多时候，这些梦只是一些不寻常的想法，或是一种随机的几何图案，或者一幅简单的图片（例如一幅风景或一张脸）。

*译者注

睡眠周期可划分为非快速眼动（NREM，non-rapid eye movement）和快速眼动（REM，rapid eye movement）睡眠期；其中NREM包括N1、N2、N3三个阶段（也有划分为四个阶段，将N3分为N3和N4）。

这些发现并没有为NEXTUP提供支持。这些短暂的催眠梦似乎将DMN的功能扩展到了睡眠期，识别和标记当前的重要信息，以便进一步进行一些睡眠依赖的处理，接着可能还会开始识别相关的记忆来为后续活动做准备。但是，这些梦的短暂性表明，它们所能做的仅仅是标记这些记忆，更深入的加工过程仍然留待睡眠期。

- Matt Chinworth -

NEXTUP待到REM睡眠期开始全力发挥它的作用。与NREM睡眠期产生的梦相比，REM睡眠期产生的梦更长、更生动、更情绪化、更奇怪，它们包含更复杂的故事。此外，当人们试图识别REM梦中内容的清醒来源时，他们报告的情景记忆（我们生活中实际事件的记忆，我们可以完全回想起，让我们可以还原出当初发生的事件）来源明显较少。例如，如果你在一个NREM梦中看到飞碟，你可能会发现它的来源是一个相关的情景记忆，说：“哦，那些飞碟看起来就像我昨晚吃的比萨饼。”相反，在一个REM梦中，你更可能会说：“哦，它们看起来就像比萨饼；我喜欢比萨饼”，从而识别出一般的语义记忆（我喜欢比萨饼）而不是具体的情景记忆（我昨晚吃了比萨饼）。这个例子与我们想象中NEXTUP在REM睡眠中的工作方式是一致的：它试图利用梦的模拟世界来概括这些记忆来源，并对它们的意义和重要性产生更全面的理解。

相比之下，N2的梦更短，缺少情绪化、奇怪或生动的内容。但最明显的区别可能是，N2梦内容的清醒来源往往在时间上更近和并且更具情节性——你晚餐吃什么、你的伴侣在晚餐时告诉你什么、谁洗盘子等等——而不是产生于不那么具体的“语义”记忆，例如你喜欢吃什么、你经常和伴侣谈论什么，以及哪些家务是你的。

按睡眠期划分的NEXTUP的功能

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Figure 8.5

因此，用于构建N2梦的记忆来源介于催眠梦中来源于临睡前的信息和REM梦中的非常松散的语义记忆之间。这些N2梦的功能可能也是过渡性质的。REM睡眠似乎是在寻找一些在白天未解决的事务相关的记忆之间微弱的（通常是意想不到的）、遥远的关联，N2梦则似乎是要寻找近期记忆中具有更明显相关性的情景记忆。

这种逻辑很有可能适用于所有睡眠依赖的记忆处理（无论是否做梦）。来自宾夕法尼亚大学的安娜·夏皮罗（Anna Schapiro）在2017年的一篇论文中提出了这个论点，她曾是鲍勃实验室的博士后。她将NREM睡眠（没有提到做梦）的作用描述为“一个可以回顾一天的事件细节的机会，让我们可以更多地接触最新获得的信息的机会”，而REM睡眠的作用则是促进“对包含长期记忆的皮层网络的探索”，这一描述与NEXTUP的网络探索定义相匹配。

这种REM和NREM睡眠功能的分离为整个夜间标准的睡眠阶段序列提供了一种解释。每晚从N1开始，过渡到N2和N3，然后再过渡到REM睡眠，接着在N2/N3和REM睡眠期之间一直循环。随着夜晚的推移，NREM睡眠减少，REM睡眠增加，让大脑寻找越来越弱的联想，我们的梦变得越来越奇怪。

- EleniDebo -

梦在夜间的演变过程即使是在像催眠期这样较短的时间尺度上也存在。在鲍勃实验室的另一项研究中，艾琳·沃姆斯利（Erin Wamsley）使用街机游戏高山赛车II*发现，有些梦与游戏有强烈的、直接的关系，特别是对游戏或者是对滑雪的明确描述；其他梦则与游戏有较弱的、更间接的关系，包含与游戏相关的感觉、地点或主题。在催眠期开始时期收集的报告显示，被试在睡眠开始后15秒内，梦与游戏产生直接联系的可能性是产生间接联系的8倍。但是，在仅仅2分钟的睡眠之后，直接和间接联系的发生率已经变得相同。另一组被试在收集报告之前睡2小时；2小时后，他们被唤醒，然后重新入睡。然后，他们在2分钟内再次醒来，研究者收集他们的睡眠报告。在这种情况下则更容易产生梦与游戏的间接联系（产生间接联系与直接联系的比率是夜间开始时收集的比率的5倍）。

*译者注

高山赛车II（Alpine Racer II）是一款由南梦宫（Namco）公司在1966年发行的3D高山滑雪游戏。

有趣的是，加拿大渥太华大学的斯图尔特·福格尔（Stuart Fogel）让被试练习任天堂游戏《大满贯网球》（Grand SlamTennis），然后在当晚收集了8份睡眠梦报告。被试在一夜之间的进步似乎取决于睡眠开始阶段的前4个梦（而不是最后4个）与实际游戏的相似程度。也许只有更早、更直接的联系才能成功标记NEXTUP的游戏记忆。

这一切都说得通了。无论我们观察睡眠前的活动是如何与催眠阶段的梦联系在一起的，还是它们是如何与整个夜晚的所有睡眠阶段的梦联系在一起的，做梦似乎在记忆的选择以及这些记忆随后在整个夜晚的演变过程中起着重要的作用。

摘自安东尼奥·扎德拉和罗伯特·斯蒂克戈德的《当大脑做梦：探索睡眠的科学和奥秘》（When Brains Dream：Exploring the Science and Mystery of Sleep by Antonio Zadra and Robert Stickgold）。

作者：Robert Stickgold & Antonio Zadra

封面：Eleni Debo | 译者：Orange Soda、苍鸾

校对：殷尚墨羽 | 排版：文英

原文：

https://www.sciencefocus.com/the-human-body/evolution-are-humans-still-evolving/

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