科学网—我们不知道答案的125个科学问题(85)梦的作用
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2024-6-13 10:53
| 个人分类: 科学教育 | 系统分类: 科普集锦
85. 我们为什么要做梦？ Why do we dream?
题记： 弗洛伊德 (Freud) 认为梦为我们无意识的欲望提供了一个出口。现在，神经科学家怀疑快速眼动睡眠(即做梦)期间的大脑活动对学习至关重要。做梦真的只是大脑睡眠活动过程中的一种副产品吗?
梦是一个健康的人最正常的人生体验，它是个人自我知觉和经历的随机再现过程。虽然梦境由于大脑不同区域活跃程度的变化呈现不合逻辑或间断的特征，但梦境是完全来自于个人的经历、感知和体验。对于一个天生就看不见的盲人，他的梦不会出现图像感知(也许致盲来自眼睛的损伤，而大脑视觉中枢可能完好，但盲人对自己梦境的描述中没有视觉记忆的描述，只有其他感官的体验如声音、味道等的记忆感觉，即便盲人大脑在梦境中视觉中枢有活动但却不能形成记忆中的图像感知)。可见，梦是个人感知体验的一种无意识的再现，但为什么我们需要做梦？睡眠专家间关于梦作用的争论不断，主要有以下几种不同的观点：
(1) 建立记忆 : 这种观点认为做梦与巩固记忆有关，认为做梦具有加强记忆和信息回忆的认知功能； (2) 处理情绪 : 通过梦境所提供的虚构环境经历和 角色 扮演，获得某种感觉或情绪的出口，所以梦是大脑管理情绪和释放心理压力的一种方法； (3) 智力整理 : 认为做梦是大脑进行“整理”的某种反应，大脑在清除部分的、错误的或不必要的信息时的活动产生梦境(或生理上处理不必要物质时产生的活动信息构成梦境)； (4) 即时回放 : 梦中所回放的内容虽然是一种扭曲或不符合现实的场景，但它可以及时回顾和分析最近发生的事件，是近期经历在头脑中的一种自然回放； (5) 大脑活动的副产品 : 这种观点认为做梦只是睡眠过程中大脑活动的副产品，没有根本的目的或意义。
图1 佛洛依德的《梦的解析》
然而到底梦该如何解释，以及梦是否有意义，是一个相当有争议的问题。著名的心理学家弗洛伊德写了一本非常有名的书：《梦的解析》。他认为：梦是通往潜意识的桥梁，梦中的所有场景都是人潜意识欲望的一种体现，内心焦虑的人会梦见被人追赶，经常梦见错过火车的人内焦急不安，梦见自己掉下悬崖的人缺乏安全感等等，所以这本书用人潜意识的梦境来分析人内在被压抑的内心欲望，它是一本非常经典的心理学著作，也是精神分析理论形成的重要标志。尽管从梦境的解析中能够得到人潜意识中的欲望诉求，但无法给出人为什么要做梦的答案。既然梦是大脑活动的结果，那从生理上去研究大脑梦活动也许更能揭示梦的作用和本质。
1. 脑电波图像
首先，人们注意到人在做梦的时候 脑电波 与清醒时不同。 大脑神经元细胞在同步放电的时候，周围会产生微弱的电场和磁场 (电磁场) 变化，而这种变化的电磁场就是所谓的脑电波。脑电波可以被附近的电极感应而产生电信号，这些电信号可以用来实时记录电极附近区域神经元的放电活动，这就是著名的脑电图 (Electroencephalography，EEG) 。脑电图和心电图类似，是记录大脑皮质层电信号即神经元宏观电活动的图像信息，目前脑电图已是非常成熟的技术，在脑功能状态监测和脑疾病评估方面具有广泛应用(比如癫痫的诊断和定位)。
图2 神经元活动的脑电波
脑电图记录的原始脑电波信号非常复杂，根据其频率和强度特征主要分为四类: α、β、 θ 和 δ 波，每类脑电波都与人所处的意识状态相联系。例如人在清醒和警觉的时候脑电波主要是 β 型，而 δ 波与深度睡眠状态有关。具体如下: ( 1) β 波( 12-30 赫兹)：与警觉和清醒状态有关，最常见于大脑额叶部分的神经元活动； (2) α 波( 8-12 赫兹)：与放松和平静的状态有关，最常见于大脑的枕叶部分； (3) θ 波( 4-8 赫兹)：与冥想、创造力和做梦有关，最常见于大脑的颞叶区域； (4) δ 波( 0.5- 4 赫兹 )：与深度睡眠和无意识有关，最常见于大脑的顶叶和额叶区域。而脑电波中另一种高频类型的脑电波： γ 波，频率在 25 到 100 赫兹之间，它与大脑高度集中、专注和解决问题时的状态有关。
图3 脑电图EEG不同电极和通道的电位测量
脑电波能表现人不同的情绪并具有不同的功能。例如， α 波与人放松和平静状态有关，而 β 波与人的压力和焦虑有关； θ 波与冥想和创造力有关，它能让人集中注意力，提高工作效率。 δ 波与深度睡眠有关， δ 波能帮助人获得一个良好的睡眠；人在深度睡眠期间，大脑会产生 δ 波，当人体进入浅睡眠阶段时，大脑会产生更多的 α 波和 θ 波，快速眼动睡眠与 β 波有关，此时大脑比较活跃，能产生生动的梦境。反过来，听 α 波可以帮助人学习时放松和集中注意力，听 θ 波可以帮助人激发创造力，巩固记忆； γ 波可以帮助提高认知功能和学习能力，在人需要保持警觉和专注时，使用 β 波，需要放松和冷静时使用 α 波，需要激发创造力和巩固记忆时，使用 θ 波，促进休息和放松时使用 δ 波 等等。
图4 不同类型的脑电波
通过对脑电波大量的研究，科学家们已经确定，人清醒的时候，大脑会发出 β 波和 γ 波，但在过渡到睡眠的过程中， β 波的数量显著减少，大脑产生高水平的 α 波。这些脑电波可以调节注意力，帮助过滤干扰。重要的是人可以通过神经反馈来控制自己的脑电波，比如一个人提高自己的注意力时大脑的 β 波和 γ 波 会上升，而当人做白日梦(清醒状态下的想象)、冥想或催眠时会产生 α 波。当人彻底进入梦幻状态时，负责控制冲动的大脑前额叶皮层会慢慢变得不活跃，当低频 δ 脑电波中出现一个 θ 波 激励，会激发产生一个不受意识约束的梦境。在睡眠期间，新形成的记忆链接或分子会逐渐稳定下来，在大脑中会长期储存，所以大多数梦都是由人生活中已经遇到的经历、想法、情感、地点和人组成。在做梦的过程中，这些记忆的碎片被随机激发而产生一系列神经元放电，从而产生没有逻辑规范的组合场景。然而这种感知再现也并不完全是随机的，大脑会把彼此相关的记忆碎片拉到一起(白天神经元的链接或记忆分子载体等是遵从逻辑进行记忆排列的)并和潜意识下的神经元电活动混合在一起(主要是底层生理的电活动)。比如一些脑部疾病患者，如帕金森氏症，由于不正常或不稳定的脑电波模式会经常刺激大脑产生强烈和不舒适的梦境。
2. 脑核磁共振图像
表现大脑不同区域神经元活动的更为精细的图像就是人脑的核磁共振图像 (MRI) 。功能性核磁共振成像 (functional magnetic resonance imaging, fMRI) 是一类基于核磁共振 (MRI) 的成像方法，用于显示脑不同区域代谢活动随时间的变化(图 5 所示)。脑代谢变化一般是脑活动变化引起的，如果大脑的认知状态发生改变(如大脑开始思考某个问题或进行某种活动或 大脑中不受意识调节的某个潜意识过程发生变化 )， fMRI 就可以采集到这种变化所引起的脑活动图像。 fMRI 基于核磁共振成像原理，而 MRI 是使用核磁共振回旋波在磁场梯度中创建对比度(回旋波的不同)来成像的，这些图像可以包含许多不同类型的对比度(不同)，如 T1 加权、 T2 加权、磁化率、流量等。而 fMRI 就是利用这些不同类型的对比度信息来研究脑活动变化的一种成像技术，其主要的一种形式是通过与脑活动代谢有关的血氧浓度水平 (Blood Oxygen Level Dependent, BOLD) 来研究脑活动。脑血氧水平依赖 (BOLD) 的功能磁共振成像 (fMRI) 技术可以实时跟踪大脑特定活动诱导或自发神经代谢 调节 导致的脱氧血红蛋白浓度的变化过程，以此研究脑部的神经元活动。
图5 大脑活动核磁共振动态图像(来自 STAT 网络)
大脑中所有神经信号的传导过程，包括动作电位的产生和传播、囊泡与前突触结的结合、神经递质通过突触间隙的释放、动作电位在突触后结构中的接收和再生、多余神经递质的清除等活动，都需要耗费 三磷酸腺苷 (ATP) 所提供的能量。 ATP 主要由线粒体通过葡萄糖的糖酵解氧化产生，这个过程会产生二氧化碳代谢物。当大脑的某区域(开始处于静息状态)被人体某种活动(如敲击手指或听音乐)激活时，额外的神经放电和相关信号的增加会导致局部能量需求增加，进而受影响区域的脑氧代谢率 (cerebral metabolic rate of oxygen, CMRO2) 上升。由于毛细血管附近组织中局部储存的氧气被糖酵解短暂消耗，废物堆积，各种化学代谢产物(如 CO 2 , NO, H + )会刺激毛细血管上游动脉括约肌舒张而引起血管网扩张，从而增加局部毛细血管的血流量，借以恢复局部的血氧水平来补充氧气的消耗；然而增加的血流量输送过来的氧气大于脑代谢所消耗的氧气量导致毛细血管中 有氧血红蛋白 (hemoglobin O2, HBO2) 浓度大大增加。所以在某个脑活动事件中，大脑的认知活动导致耗氧增加，血管内外 脱氧血红蛋白 (HB) 增加而有氧血红蛋白 (HBO2) 快速减少，之后在一到两秒的时间内代谢产物会刺激毛细血管扩张导致血流增加，毛细血管内有氧血红蛋白浓度将高于脱氧血红蛋白，这一变化过程即为某个神经事件的血流动力学反应。这个血流动力学反应过程可以被 MRI 所记录，这是因为 HB 作为内源性造影剂为顺磁性， MRI 信号弱，其在毛细血管静脉侧被抑制(深色)，而在脑活动激发状态下，血流量增加导致 HB 减小而 HBO2 增加，此时 MRI 信号增强(亮色)，此即为血氧水平 BOLD 信号增强，这一强弱变化的过程就如图 5 所示。
图6 静息状态(上)和激活状态(下)时含有毛细血管的脑组织示意图( Neurosurg Clin N Am. 2011, 22(2):133–139 )。
通过 fMRI 图像，科学家对做梦过程中大脑的代谢活动进行了研究，发现了著名的“洗脑”现象，在梦中血流量会如涨潮一样出入大脑，而此时脑脊液也会随血流的退潮而周期进入大脑。这种清洗大脑的过程是在大脑很多区域的活动被抑制的情况下发生的，在做梦的浅睡阶段，大脑在白天活动强烈的区域因为需要更多地“清洗”，该区域的神经元会被触发而放电，从而导致了视觉、听觉等知觉的反应而产生梦境，而 该区域神经元的血氧代谢活动就能被 该区域的 fMRI 图像 所记录。
3. 梦的总结
虽然神经科学和心理学领域的专家们试图通过实验发现人在做梦时大脑中正在发生什么，即使研究正在不断获得进展，也许无法得到人为什么做梦 的完美答案 ，但我们可以通过实验了解什么时间我们在做梦，做梦时大脑又发生了什么现象？而梦中的情景又能够表现什么？
对大多数人来说每晚都会有 大约两个小时左右 的时间在梦中度过，而根据科学问题“ 睡眠的目的 ”中的介绍，梦可以发生在睡眠的任何阶段，但在快速眼动 (REM) 阶段梦最为频繁、生动和丰富，呈现 场景 不断转换或间断性的特点，而非快速眼动睡眠阶段的梦则更为持续和连贯。快速眼动睡眠阶段人脑的活动增加，它一般发生在正常睡眠的后半段，意味着梦往往集中发生在醒来前几个小时的潜睡阶段，所以梦只不过是人脑没有被完全抑制的神经元活动的产物，就如同人在清醒的时候通过想象在头脑中构造的白日梦一样，也能让人忘记身边的一切。
所以大多数情况下，梦并不会影响睡眠，梦是健康睡眠的一部分，是大脑正常活动的副产品，对人体没有任何负面影响。但噩梦例外，因为噩梦有时涉及睡眠被打断而惊醒，如果频繁发生就会成为健康问题。痛苦的梦可能会导致一个人睡眠不足，反过来又产生心理负担而加剧噩梦的发生，这种恶性循环会导致一些经常做噩梦的人睡眠质量很差或长期失眠，这就是一种慢性睡眠问题。因此，每周做一次以上的噩梦、睡眠不连贯、白天嗜睡、做导致思维或情绪变化剧烈梦的人都应该去看医生而得到及时治疗，因为此时的梦就是一种身体出现问题的信号。
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