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為什麼夢境會重播在白天經歷過的事?神經科學家告訴你原因

一般認為,海馬迴負責鞏固短期記憶成為長期記憶,然而海馬迴空間感方面也扮演著重要的角色(也就是能夠利用地標辨識怎麼從甲地前往乙地)。<br />圖/ingimage
一般認為,海馬迴負責鞏固短期記憶成為長期記憶,然而海馬迴空間感方面也扮演著重要的角色(也就是能夠利用地標辨識怎麼從甲地前往乙地)。
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▌重現白天的夢境

我們終於睡著以後,會發生什麼事?目前為止,我們都把睡眠說成是一種「關閉」的狀態。但是在這種「關閉」的狀態下,大腦其實在做一些複雜得驚人的事情。

你可能聽說過,在睡眠的某個時間點,會進入大腦功能一個稱為「快速動眼期」(REM)的階段。在REM 的睡眠階段,部分的覺醒系統會稍微甦醒,新皮質的活動增加,同時屬於RAS 以及中腦的蓋(tegmentum)裡的神經元也會開始增加放電。然而,不同於清醒的時候,此時促進睡眠的VLPO 細胞以及癱瘓末稍肌肉的細胞依舊還是很活躍,因此大腦雖然進入一種「準清醒」狀態,但大致上還是睡著的。在這個作夢的階段,在大腦編碼白天發生的事的記憶,所謂情節記憶(episodic memories)的區塊,會發生很特殊的事。

在大腦深處,有一個小小的海馬形狀的區塊,稱為海馬迴(hippocampus)。會在後面進一步說明這個構造和記憶的關係。一般認為,海馬迴負責鞏固短期記憶成為長期記憶,然而海馬迴空間感方面也扮演著重要的角色(也就是能夠利用地標辨識怎麼從甲地前往乙地)。對於海馬迴的這項能力,目前為止最厲害的猜想,是認為它能在四處移動時建立一幅內在的環境地圖。

如果你檢視海馬迴的放電活動,你會看到一組具有相當迷人特質的細胞。這些神經元被稱為「方位細胞」(place cells),會在你每次處於空間裡的特定位置時放電。通常到了這裡,神經科學的學生會說:「等一下⋯⋯你在說什麼?」

用舉例說明可能會比較好想像。假裝你進入了一間你以為裡面沒人的浴室,沒想到竟然發現在角落有一隻餓壞的喪屍,另一個角落則有一把好用的大斧頭。你一走進門裡,你的海馬迴裡就會有幾個方位細胞開始放電,告訴大腦:「自己進入了這個房間的中間偏南位置。」當你跑到房間裡有斧頭的那一邊的時候,會有另一群對你在房間裡的位置特別敏銳的細胞開始放電。當你繞過傾倒的清潔水桶時,會有一些細胞開始放電;在你跳過壞掉的馬桶裡那灘水時,又有其他細胞會放電;你抵達有斧頭的角落時,又是另一群細胞會放電。

你可能會問,為什麼海馬迴會在意你在房間裡的哪裡:「在剛剛不是有說海馬迴是負責記憶的腦部區域嗎?」問得好,你真是具備觀察力的讀者!哪些方位細胞以什麼樣的順序放電的資訊,會讓你的大腦獲得你在身處環境中移動方式的歷程記錄,差不多就像是電玩地圖上會有小標示顯示你的位置那樣。你愈徹底探索這個房間,海馬迴就愈能為你在房間裡的移動產生簡要的印象。這能讓你更了解這個空間,以及下次(假設你這次和這個活死人在廁所近距離接觸後還存活了下來)你在這裡時要怎麼移動。

這和睡眠有什麼關係?在比較深(但不是最深)的睡眠裡,你的大腦會重播這些方位細胞的活動順序,基本上就是用這個方法重播你在白天經歷過的事。一九九○年代中期的科學家透過比較老鼠在清醒和睡眠時的方位細胞活動時發現了這件事。他們發現,老鼠在探索籠子時記錄下來的細胞活動,會在牠們睡著的時候以相同的順序重複。

假設你終於在和喪屍的小約會中順利活了下來,也很幸運有機會小睡一下。當你在睡覺時,海馬迴裡的神經元會重播你在有喪屍入侵的浴室裡的移動,應該是為了鞏固你對於那個環境的記憶,讓你下次再次進入那個不幸的房間時可以更熟練。這個「睡眠鞏固記憶」對於記憶正常發揮功能是關鍵的部分。沒有睡眠,就很難編碼這些要靠海馬迴整理的記憶。

大部分時間,在清醒和睡眠間的轉換是頗為突然、不可變更的。這種清醒與睡眠間的「瞬間切換」其實相當重要。<br />圖/ingimage
大部分時間,在清醒和睡眠間的轉換是頗為突然、不可變更的。這種清醒與睡眠間的「瞬間切換」其實相當重要。
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▌能快速切換至關重要

大部分時間,在清醒和睡眠間的轉換是頗為突然、不可變更的。這種清醒與睡眠間的「瞬間切換」其實相當重要。想像一下,如果你不是一下子陷入睡眠,而是大腦的不同部位在不同時候睡著,比方說你的運動皮質決定睡一下,但你的視覺皮質還是醒的,那還滿奇怪的吧?就演化而言,我們最好只會在長時間的全「開」和全「關」之間二選一,而不要一直都是半睡半醒地遊蕩。一大早醒來後,迷迷糊糊地走進浴室的那前幾分鐘就已經夠痛苦了,想像一下如果這狀態維持幾個小時會多糟。如果你活在一個有喪屍出沒的浩劫中,那這種狀態又更糟了。

但驚人的是,不是所有動物的睡眠都像我們一樣。舉例來說,水生哺乳類,包括鯨魚、海豚,從來不會「完全」睡著。相反的,牠們一次只讓一半的腦「休息」。對牠們來說,這樣很重要,因為牠們必須一直重新浮上水面呼吸,所以如果牠們完全睡著,不論時間多長,牠們都會溺死。

但是我們大腦裡的瞬間切換有時候會失效。有時候這個轉換會太慢,有時候讓你不要動的那些神經元作用出了點差錯。在這些情況下,你可能很快就睡著,但卻依舊在這個世界裡遊蕩。白話上我們稱這叫做「夢遊」,科學上叫做,嗯,「夢遊症」,只是有個拉丁文名字:somnambulism。有夢遊症的人可以做到一些相當複雜的事,例如走出門、爬樹等等,而且在整個過程裡,對他們的行動沒有任何自主的控制,事後也絕對沒有任何相關的記憶。

目前還不是很清楚造成夢遊症的神經原因,但直覺上最合理的揣測是,促進睡眠和促進清醒的深腦系統間出現了不平衡,使得一個人會半睡半醒。在腦幹更深的區域可能得到了互相衝突的混合訊號,告訴新皮質要「加速」或「慢下來」,但在這場意識爭奪戰中卻沒有明確的贏家或輸家。這代表,身體有一些部分是清醒的,主要是新皮質下方,演化上比較古老的一些區域,不需要新皮質就能自行活動;另外一些部分,包括大部分但不是全部的新皮質,則保持睡眠。這就像是有兩個腦:比較深、比較老的腦,和比較年輕的新皮質,彼此互相競爭,而不像是一個統一的腦那樣運作。

※ 本文摘自《喪屍腦科學:從神經科學來解答,喪屍的腦袋怎麼了》。


《喪屍腦科學:從神經科學來解答,喪屍的腦袋怎麼了》

作者:提莫西‧威斯坦恩, 布萊德利‧沃特克

譯者:鍾沛君

出版社:遠流

出版日期:2022/03/30

《喪屍腦科學:從神經科學來解答,喪屍的腦袋怎麼了》書封<br />圖/遠流提供
《喪屍腦科學:從神經科學來解答,喪屍的腦袋怎麼了》書封
圖/遠流提供

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