Сон прочитан и расшифрован

Впервые содержание сна распознано с применением сканеров мозговой активности

Иван Куликов 28.10.2011, 13:37
Проникнуть в «черный ящик» сна получилось благодаря феномену, известному как фаза... Thinkstock/Fotobank.ru
Проникнуть в «черный ящик» сна получилось благодаря феномену, известному как фаза быстрого сна

Получена первая осмысленная расшифровка мозговой активности во время сна. Немецкие нейрофизиологи, исследующие феномен осознанного сна, считают это первым шагом на пути к дистанционному считыванию сновидений.

Знаменитое шекспировское наблюдение, высказанное героем «Бури» Просперо — «мы созданы из вещества того же, что наши сны», — является не только глубоким поэтическим прозрением, но и научным, так как точно описывает феномен сна с точки зрения современной нейрофизиологии. Действия во сне сопровождаются активацией именно тех участков мозга, которые отвечают за планирование и выполнение этих действий в состоянии бодрствования.

Звучит логично, но до недавнего времени эта зависимость была совсем не очевидной и проходила по разряду гипотезы.

Открыть же общность «вещества сна» и вещества реального, подтвердив правоту классика, удалось сотрудникам Института Макса Планка, Берлинского центра нейроисследований и Клиники когнитивной нейрологии в Лейпциге, опубликовавших коллективную статью в журнале Current Biology.

Современные методы сканирования мозга достигли такого уровня, что позволяют если не построить «миелофон», подслушивающий чужие мысли, то разработать универсальный алгоритм, позволяющий, например, идентифицировать пространственные образы, которые обрабатывает мозг. О разработке такого алгоритма, в чем-то напоминающего хеширование (вычисление уникального цифрового идентификатора данных, успешно применяемое некоторыми компаниями для выявления в сети аудио- и видеоклипов, защищенных авторским правом), сообщила недавно в журнале Neuron группа нейрофизиологов и математиков, работающих под руководством Джеймса Эксби.

Столь впечатляющих успехов удалось достичь, изучая активность мозга бодрствующего человека, когда открыты как каналы «входа», по которым в мозг поступает сенсорная информация, так и «выхода», в которых формируются сигналы в ответ на раздражители. Считав и сопоставив эти сигналы у достаточно большого количества людей,

можно выявить общие последовательности — универсальные паттерны мозговой активности, в дальнейшем позволяющие определять, над чем тот или иной мозг «думает».

Биоэлектрическая активность мозга во время осознанного сновидения: всплески активности зафиксированны на ЭЭГ и ЭОГ (электроокулограмме, отмечающей движение глаз) в момент контрольного движения глазных яблок (LRLR) и следующего за ним сжимания руки. Для сравнения справа показаны те же моменты активности только в бодрствующем состоянии: плоская ЭМГ (элетромиограмма, фиксирующая мышечную активность) слева соответствует состоянию глубокого сна, а возбужденная справа — бодрствованию. // Current Biology
Биоэлектрическая активность мозга во время осознанного сновидения: всплески активности зафиксированны на ЭЭГ и ЭОГ (электроокулограмме, отмечающей движение глаз) в момент контрольного движения глазных яблок (LRLR) и следующего за ним сжимания руки. Для сравнения справа показаны те же моменты активности только в бодрствующем состоянии: плоская ЭМГ (элетромиограмма, фиксирующая мышечную активность) слева соответствует состоянию глубокого сна, а возбужденная справа — бодрствованию. // Current Biology

Можно себе представить, как сложно решить «задачу миелофона» (собственно, задачу-максимум нейрофизиологии, исследующей мыслительную активность) путем поиска таких паттернов в бесконечном разнообразии сигналов. Но группа Эксби показала, что в зауженном диапазоне (например, в случае просмотра одного и того же фильма) она решается прекрасно, так что в идеале такой метод позволит определять не только, какие фильмы человек смотрит, но и какие картины возникают в его воображении, какие места он вспоминает — или где он находится, если мозговая активность сканируется дистанционно.

Но как определить, какого рода информация обрабатывается мозгом во время сна, когда мозг функционирует как «черный ящик» — самовозбуждаемая замкнутая петля, в которой спонтанно возникает некая информационная активность, не имеющая ни измеряемого сенсорного «входа», ни ответного измеряемого «выхода»? Ведь всем, кто помнит или пытается вспомнить свои сны, хорошо известно, насколько активным может быть мозг в такие моменты, решая помимо нашей воли некие задачи, смысл которых от нас большей частью ускользает. Применим ли метод паттернов — эффективный, когда мозг работает в совершенно другом режиме, — к «считыванию» и расшифровке сновидений?

Похоже, что применим, поскольку, как считают авторы статьи, впервые детектировавшие и расшифровавшие сновидение,

они экспериментально подтвердили общность нейрокодов, порождаемых бодрствующим и спящим мозгом.

Собственно, само сновидение, «пойманное» немцами, представляло собой простое и весьма непродолжительное действие — сжимание руки в кулак, однако оно было именно сном, и, с точки зрения исследователей, полученных результатов достаточно, чтобы положительно оценить саму возможность технологии сканирования снов, аналогичной сканированию и расшифровке нейроактивности в состоянии бодрствования.

Активность мозга при движениях рукой по данным инфракрасной спектроскопии, детектирующей насыщение тканей кислродом: в момент бодрствования (WE), воображаемого движения в момент бодрствования (WI), в момент сна (LD). Действие во сне (LD) сопровождается более компактным возбуждением нейронов. // Current Biology
Активность мозга при движениях рукой по данным инфракрасной спектроскопии, детектирующей насыщение тканей кислродом: в момент бодрствования (WE), воображаемого движения в момент бодрствования (WI), в момент сна (LD). Действие во сне (LD) сопровождается более компактным возбуждением нейронов. // Current Biology

Проникнуть в «черный ящик» сна получилось благодаря феномену, известному как фаза быстрого сна, а также нескольким энтузиастам, практикующим так называемые осознанные сновидения — гипнонавтам. Для экспериментов было выбрано шесть опытных гипнонавтов (мужчин от 21 до 38 лет), которые на протяжении долгого времени тренировали в себе способность осознавать и контролировать, не просыпаясь, свое поведение во сне.

Фаза быстрого сна, открытая в начале 50-х в лаборатории Чикагского университета, составляет примерно четверть всего времени сна и давно уже является излюбленным объектом изучения для нейрофизиологов. Она парадоксальным образом сочетает характеристики очень глубокого сна (той самой самовозбуждаемой замкнутой нейропетли с отрубленными каналами «входа» и «выхода») и проявляющейся на электроэнцефалограмме (ЭЭГ) активности, свойственной бодрствующему мозгу, из-за которой, судя по всему, гипнонавты способны практиковать свои специфические навыки.

Большая часть самых ярких и запоминаемых сновидений приходится именно на эту фазу,

притом разбудить спящего, находящегося в фазе быстрого сна, намного трудней, чем спящего в фазе медленного сна, а негативные последствия для организма от этого будут более выраженными: мозг будет наверстывать упущенное, удлиняя следующую быструю фазу.

Мышечный тонус в фазе быстрого сна очень низкий, спящий совершенно обездвижен. Единственная часть тела, которая активна в этой фазе — это глазные яблоки, совершающие быстрые движения под сомкнутыми веками, из-за чего фаза быстрого сна носит также название «стадии быстрого движения глаз», или REM-сна (rapid eye movements sleep).

Последняя особенность была эффективно использована экспериментаторами для сигнализации: если у гипнонавтов, вошедших в быструю фазу, получалось осознать себя во сне и установить контроль над своими действиями, они подавали знак, двигая глазами слева направо два раза. Таким способом устанавливалась точка отсчета, после которой фиксировались действия, совершаемые ими во сне. Таким заранее оговоренным действием было сжимание руки в кулак.

Не все гипнонавты смогли справиться с поставленной задачей: одни не могли установить контроль над сном, другие, подав сигнал, слишком быстро просыпались либо демонстрировали повышенную ЭЭГ-активность, что могло исказить результат эксперимента. Но в итоге трем из них в нескольких снах подряд удалось сигнализировать о начале осознанного сновидения и совершить оговоренное действие, которое и было зафиксировано методом магниторезонансной томографии и инфракрасной спектроскопии мозга.

Таким образом, впервые нейроактивность, наблюдаемая в сенсомоторной части коры головного мозга, была точно идентифицирована с движениями, совершаемыми во сне.

Сравнение скана сновидения со сканом, полученным при совершении аналогичного действия наяву, а также со сканом, когда действие совершалось мысленно, но тоже в состоянии бодрствования, дало примерно одинаковую картину мозговой активности, однако область возбуждения при сновидении оказалась более компактной и намного менее расплывчатой, чем в бодрствующем мозге.

Это важное наблюдение: поскольку во время сна сенсорно-моторные функции мозга подавлены, мыслительная деятельность, реализованная в виде сновидений, осуществляется в наиболее «чистом» виде, что позволяет более точно локализовать отдельные акты мышления вплоть до отдельных групп нейронов.

В дальнейшем авторы, с немецкой педантичностью перечислившие все недостатки и незрелость своего метода (особо отмечено, например, что ЭЭГ осознанных снов все-таки маркирует повышенную гамма-активность во фронтальной коре мозга), намереваются расширить номенклатуру детектированных сновидений, сочетая метод нейрокартирования бодрствующего и спящего мозга, что позволит считывать не только действия, совершаемые во сне, но также отдельные эмоции и образы.

Также, чтобы избежать ограничений, связанных с участием в экспериментах только гипнонавтов, немцы предлагают изучать осознанные сновидения у обычных граждан, стимулируя определенные участки коры направленным электромагнитным полем.