Гипотеза активации-синтеза , предложенная психиатрами Гарвардского университета Джоном Алланом Хобсоном и Робертом Маккарли , представляет собой нейробиологическую теорию сновидений, впервые опубликованную в Американском журнале психиатрии в декабре 1977 года. Различия в нейрональной активности ствола мозга во время бодрствования и быстрого сна были Наблюдается, и гипотеза предполагает, что сны возникают в результате активации мозга во время быстрого сна. [1] С тех пор эта гипотеза претерпела эволюцию, поскольку технология и экспериментальное оборудование стали более точными. В настоящее время описанная ниже трехмерная модель под названием AIM Model используется для определения различных состояний мозга в течение дня и ночи. Модель AIM вводит новую гипотезу о том, что первичное сознание является важным строительным блоком, на котором строится вторичное сознание . [1]
Вступление
С развитием технологий визуализации мозга цикл сна и бодрствования можно изучать как никогда раньше. Благодаря этим передовым методам измерения мозг может быть объективно определен количественно и идентифицирован как находящийся в одном из трех состояний: бодрствование , быстрый сон и медленный сон . Было показано, что происходит глобальная деактивация мозга из состояния бодрствования в медленный сон и последующая реактивация во время быстрого сна в большей степени, чем во время бодрствования. [1] Сознание и его подсознание , первичное сознание и вторичное сознание , играют роль в определении состояния мозга. Первичное сознание - это простое осознание восприятия и эмоций ; то есть осознание мира через расширенную информацию о зрительной и моторной координации, которую получает ваш мозг. [1] Вторичное сознание - это продвинутое состояние, которое включает как первичное сознание, так и абстрактный анализ, или мышление, и метакогнитивные компоненты, или осознание того, что осознает. [1] Большинство животных демонстрируют некоторые стадии первичного сознания, но экспериментально показано, что только люди испытывают вторичное сознание. Цикл бодрствования, медленного сна и быстрого сна необходим для психического здоровья млекопитающих. В ходе экспериментов было показано, что животные, неспособные войти в фазу быстрого сна, демонстрируют немедленную попытку быстрого перехода в стадии быстрого сна и долговременные эффекты на координацию движений и привычные двигательные привычки, что в конечном итоге приводит к смерти животного. Также было показано, что домашним животным может потребоваться сон для поддержания веса и температуры тела.
Задний план
Просыпаться
Бодрствующее сознание - это осознание мира, нашего тела и самих себя. [1] Сюда входят люди, испытывающие осознание того, что осознают самих себя, что является внутренней способностью людей. Это способность смотреть в зеркало и знать, что вы смотрите на себя, а не просто на другого человека. Бодрствование позволяет различать задачи и состояния мозга по умолчанию, а также различать фоновую и переднюю обработку. [2] Бодрствование позволяет человеку не только осознавать себя и мир, но также иметь сознательную моторную координацию и понимать разницу между потребностью и желанием, которая исходит из вторичного сознания.
Разница между сном и сном
Есть разница между просто сном и состоянием ума, которое называется сновидением. Сон можно описать как недостаток осознания внешнего мира, что означает, что большие участки мозга, которые принимают и интерпретируют сигналы, в это время деактивируются, в то время как сновидения - это особое состояние сна, в котором, как было показано, наблюдается повышенная мозговая активность. , [1] предполагается, что первичное сознание может быть активным во время сна. Действительно, во время сна мы сознательно осознаем наше окружение и, несомненно, имеем определенное восприятие и эмоции на протяжении всего сна, предполагая, что по крайней мере часть первичного сознания активируется во время сна.
Мечтать
Сновидение обладает всеми чертами первичного сознания, но создается в мозгу без внешней стимуляции. В отличие от состояния бодрствования мозг не может распознать собственное состояние; что это посреди сна и не то же самое, что и реальный мир. [1] Во время сновидений мозг имеет целеустремленное состояние первичного сознания, которое позволяет мозгу достичь большего восприятия и осознания единственного сценария из образов и снов. [1] Это называется сознанием сновидения.
Четыре стадии сна
Четыре стадии сна были определены следующим образом: стадия начала сна I, стадия поздней ночи II и стадии глубокого сна III и IV. Стадии глубокого сна III и IV происходят в течение первой половины ночи, а более легкие стадии I и II - во второй половине. Во время стандартных лабораторных измерений сна состояния сна и бодрствования имеют поведенческие , полиграфические и психологические проявления в мозговом мостике. Эти состояния регулируются взаимными отношениями между двумя типами нейрональных клеток, аминергическими ингибирующими клетками, такими как серотонин и норадреналин, и холинергическими возбуждающими клетками, такими как ацетилхолин . Изменения стадий сна происходят, когда кривые активности этих нейронов пересекаются. Стадия I быстрого сна - это состояние сна чуть выше и наиболее тесно связанное с первой стадией сна.
NREM
NREM-сон можно охарактеризовать как стадии сна, при которых активность мозга значительно снижается. Есть четыре различных стадии медленного сна. Мозг демонстрирует притупленные или ограниченные чувства восприятия, хотя мыслительный процесс оказался логичным и настойчивым. [1] На этих этапах происходят эпизодические движения тела, хотя они и являются непроизвольными.
REM
Быстрый сон - это эволюционно недавнее поведение человека. [3] REM означает быстрое движение глаз. Это самый глубокий сон, в который может погрузиться млекопитающее. [3] Это регулируется мозговым мостиком. Младенцы проводят большую часть своего времени в фазе быстрого сна, и вместо того, чтобы переходить в фазу 1, они сразу переходят в фазу быстрого сна. Большая часть REM-сна происходит чуть выше I стадии сна и проявляет другие умственные способности, чем во время NREM-сна. Мыслительный процесс нелогичен и часто причудлив, ощущения и восприятие яркие, но создаются внутри мозга, а движения тела тормозятся. [1] Большинство стадий быстрого сна длятся 10–15 минут, и средний человек проходит 4–6 из этих стадий во время сна каждую ночь. Последующие стадии REM увеличиваются по продолжительности, поэтому последняя стадия REM перед пробуждением является самой длинной и яркой. Во время быстрого сна мозг демонстрирует повышенные состояния минимального торможения, что ухудшает нашу способность распознавать состояние, в котором он находится; мечта. [1] Было высказано предположение, что быстрый сон необходим для подготовки многих интегративных функций, одной из которых является сознание. [1] Он поддерживает идею о том, что сон и сновидения являются необходимой подготовкой к процессам следующего дня. Научное отслеживание стадий быстрого сна можно измерить по нейронным сигналам в стволе мозга. Взаимодействие аминергических ингибирующих нейронов и холинергических возбуждающих нейронов можно измерить, и быстрый сон наступает, когда аминергические клетки наименее активны, а холинергические клетки наиболее активны. [1]
Эволюция REM
Было заявлено, что быстрый сон является недавним эволюционным поведением гомеотермных животных. В обоих случаях наблюдается усиление фазы быстрого сна на ранних этапах жизни. У людей период быстрого сна достигает пика в третьем триместре беременности и быстро падает после рождения, поскольку первичное сознание снижается, а вторичное сознание растет по мере развития мозга. [1] Развитие контроля над стадиями сна и бодрствования предполагает, что сон и быстрый сон развились как способ самоактивации, чтобы предвидеть обстоятельства бодрствования.
Нейроническое моделирование
Внутри моста моделирование и отслеживание этих аминергических тормозных нейронов и холинергических возбуждающих нейронов происходит посредством изучения волн PGO . [4] Эти фазовые волны , которые происходят в циклах, и происходят из Понтийского ствола головного мозга (P), боковые коленчатый из таламуса (G), и затылочной коры (O). Аминергические моноамины серотонин, норадреналин , гистамин и дофамин сбалансированы между холинергическими сигналами ацетилхолина и играют роль в регуляции познания. Сила сигнала аминергических клеток минимальна во время фазы быстрого сна, увеличивается во время фазы быстрого сна и максимальна при пробуждении. Сила сигнала холинергических клеток наиболее высока во время REM, снижается во время NREM и минимальна при бодрствовании. Изменения состояния и фазы сна происходят при пересечении двух путей активности.
Теория
Развитие сознания - это постепенный, трудоемкий и продолжающийся всю жизнь процесс, основанный на более примитивном генераторе виртуальной реальности, более определяемый в наших снах, и использующий его. [1] Таким образом, развитие вторичного сознания в течение жизни требует пустого сознания, которое во время быстрого сна создает воображаемое «я», которое имеет движения и испытывает эмоции. [1] Это экспериментальное состояние, не связанное с осознанием, и это состояние, или протосознание, может быть достигнуто в детстве. Это протосознание - это протосознание, созданное в раннем возрасте мозгом в качестве строительного блока для развития сознания, и обеспечивает внутренние предсказания внешних входов, созданных сновидениями.
Оригинальная модель гипотезы активации-синтеза
Хобсон и Маккарли первоначально предположили в 1970-х годах, что различия в цикле сна с быстрым и быстрым бодрствованием являются результатом взаимодействий между аминергическими REM-клетками и холинергическими REM-клетками. [5] Это было воспринято как модель активации-синтеза, согласно которой активация мозга во время быстрого сна приводит к синтезу создания сновидений. [1] Пять основных характеристик Хобсона включают в себя: сильные эмоции, нелогичное содержание, очевидные сенсорные впечатления, некритическое принятие событий сновидений и трудности с запоминанием. [6]
Текущая модель - AIM
Благодаря развитию технологий с момента первоначального предложения были собраны новые экспериментальные данные и разработаны дополнительные механистические детали управления нейронами. Было установлено, что состояния сознания можно описать тремя значениями, а модель AIM - это модель, которая использует эти значения для представления сходств и различий между бодрствованием и сновидением. Это трехмерная модель в пространстве состояний, которая описывает различные состояния мозга и их изменение в течение дня и ночи. Он состоит из трех различных значений: A - активация, I - стробирование ввода-вывода и M - модуляция. Однако модель ограничена тем, что еще не может объяснить региональные различия в активности мозга, которые отличают быстрый сон от бодрствования. Другие ограничения включают невозможность количественно определить и измерить M у людей. Во время бодрствования и активации первичного и вторичного сознания наблюдались высокие значения A, I и M, но во время быстрого сна наблюдались высокие значения A, но низкие I и M. [1]
Протосознание
Протосознание - это шаблон сознания, который возникает во время сна и на котором могут быть построены другие процессы ментального сознания. В раннем детстве было сказано, что это протосознание - это то место, где вторичные аспекты сознания первоначально развиваются и проверяются первичным сознанием, и человек может медленно развивать увеличенное вторичное сознание на протяжении всей своей жизни по мере дальнейшего расширения, развития и развития его протосознательного шаблона. создает более яркие идеи и представления о вторичном сознании.
Активация (А)
Большие части мозга, которые активируются и посылают сигналы во время бодрствования, неактивны во время медленного сна и реактивируются во время быстрого сна. Он основан на том факте, что мозг и его нервные цепи пластичны и саморегулируются, особенно в том, что касается его собственной активации и инактивации. Это наблюдалось два экспериментом: развитие сонливости после разрушения дофамина нейронов в черной субстанции в мозге , и открытие ретикулярной активирующей системы , которые являются визуальными сигналами , полученных через наши глаза и наш мозг , которые начинают процесс бодрствования, что бодрствующее сознание зависит от сна. [7] [8] После этих исследований стало ясно, что уровни активности и качество сознания являются функциями активации и деактивации мозга. [1]
Стробирование входа-выхода (I)
Было показано, что внутренняя активация мозга связана с подавлением как внешних сенсорных входов, так и моторных выходов. [1] Это означает, что мозг активно отключен во время быстрого сна, а ствол мозга гарантирует координацию факторов I и A через управление входом-выходом внутри ствола мозга. [9] Волны PGO играют роль в способности мозга оставаться во сне, составляя строительные блоки для восприятия и управления мелкой моторикой через их фазовую координацию. [10] Поэтому было предложено использовать сигналы PGO при построении визуальных образов снов. [11]
Модуляция (M)
Высвобождение нейромодулятора аминергических нейронов оказывает широкое химическое влияние на мозг; они приказывают другим нейронам сохранять или отбрасывать записи об обработанной ими информации. [12] Механика модуляции в настоящее время неизвестна, и модуляцию еще предстоит определить количественно. Качественно аминергическая модуляция оказалась сильной во время бодрствования, но ниже во время сна, но необходимо провести дополнительные исследования. В области вычислительной нейробиологии появилось множество исследований , поддерживающих модель AIM. Теория метаобучения, в частности, описывает, как эти нейромодуляторы способствуют динамическому обучению [13], с помощью серии интерпретирующих моделей, которые согласуются с моделью AIM.
Подразумеваемое
Трехмерная модель AIM показывает, что во время цикла состояний мозга бодрствование - NREM-REM, мозг постоянно динамически изменяется, и что это пространство состояний, описываемое AIM, имеет бесконечное количество субрегионов, кроме трех основных. [14] Предполагается, что через протосознание активация мозга во время сна необходима для развития и поддержания бодрствующего сознания и других функций мозга более высокого порядка, таких как решение проблем. Это предполагает возможность того, что состояние бодрствующего сознания присутствует только у людей из-за эволюции обширных корковых структур в головном мозге. [1] Сновидение - это состояние мозга, которое похоже на бодрствующее сознание, но отличается от него, и взаимодействие и корреляция между ними необходимы для оптимальной работы обоих. В одном исследовании, в котором проводилось измерение активности мозга с помощью ЭЭГ, использовалась модель AIM Хобсона, чтобы показать, что количественно сознание во сне очень похоже на бодрствующее сознание. [15]
Рекомендации
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р д т ы т у V Hobson, Дж Аллана (2010). «Быстрый сон и сновидения: к теории протосознания». Обзоры природы Неврология . 10 (11): 803–13. DOI : 10.1038 / nrn2716 . PMID 19794431 .
- ^ Певец, Джером Л .; Антробус, JS (1965). «Движение глаз во время фантазий: воображение и подавление фантазий». Архив общей психиатрии . 12 : 71–6. DOI : 10,1001 / archpsyc.1965.01720310073009 . PMID 14221693 .
- ^ а б Allison, T .; Ван Твайер, Х. (1970). «Эволюция сна». Естественная история . 79 : 56–65.
- ^ Gott, Jarrod A .; Лили, Дэвид Т.Дж.; Хобсон, Дж. Аллан (2017). «К функциональному пониманию волн PGO» . Границы нейробиологии человека . 11 . DOI : 10.3389 / fnhum.2017.00089 . PMC 5334507 .
- ^ McCarley, R .; Хобсон, Дж. (1975). «Модуляция возбудимости нейронов в течение цикла сна: структурно-математическая модель». Наука . 189 (4196): 58–60. Bibcode : 1975Sci ... 189 ... 58M . DOI : 10.1126 / science.1135627 . PMID 1135627 .
- ^ Барусс, Имантс (2003). Изменения сознания . Вашингтон, округ Колумбия: Американская психологическая ассоциация. п. 80.
- ^ фон Экономо, К. (1930). «Сон как проблема локализации». Журнал нервных и психических заболеваний . 71 (3): 249–59. DOI : 10.1097 / 00005053-193003000-00001 .
- ^ Моруцци, G .; Магун, HW (1949). «Ретикулярная формация ствола мозга и активация ЭЭГ». Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология . 1 (4): 455–73. DOI : 10.1016 / 0013-4694 (49) 90219-9 . PMID 18421835 .
- ^ Помпеяно, О. (1967). «Нейрофизиологические механизмы постструальных и моторных событий во время десинхронизированного сна». В Кети, Сеймур S; Эвартс, Эдвард V; Уильямс, Гарольд L (ред.). Сон и измененные состояния сознания . Научные публикации - Ассоциация исследований нервных и психических заболеваний . 45 . Балтимор: Уильямс и Уилкинс. С. 351–423. OCLC 152543313 . PMID 4867152 .
- ^ Хобсон, Дж. Аллан; Пейс-Шотт, Эдвард Ф .; Стикголд, Роберт (2000). «Сновидения и мозг: к когнитивной нейробиологии сознательных состояний». Поведенческие науки и науки о мозге . 23 (6): 793–842, обсуждение 904–1121. DOI : 10.1017 / S0140525X00003976 . PMID 11515143 .
- ^ Хобсон, Дж. Аллан; Маккарли, Роберт В. (1977). "Мозг как генератор состояния сновидения: гипотеза активации-синтеза процесса сновидения". Американский журнал психиатрии . 134 (12): 1335–48. DOI : 10,1176 / ajp.134.12.1335 . PMID 21570 .
- ^ Купер-младший; Блум, ИП; Рот, Р.Х. (1996). Биохимические основы нейрофармакологии (7-е изд.). Оксфорд: Oxford Univ. Нажмите.[ требуется страница ]
- ^ Дойя, К. (2002). «Мета-обучение и нейромодуляция». Нейронные сети . 15 (4–6): 495–506. DOI : 10.1016 / S0893-6080 (02) 00044-8 .
- ^ Voss, U; Holzmann, R; Туин, I; Хобсон, Дж. А. (2009). «Осознанные сновидения: состояние сознания с признаками как бодрствования, так и неосознанных сновидений» . Спать . 32 (9): 1191–200. DOI : 10,1093 / сон / 32.9.1191 . PMC 2737577 . PMID 19750924 .
- ^ Нир, Юваль; Тонони, Джулио (2010). «Сновидение и мозг: от феноменологии к нейрофизиологии» . Тенденции в когнитивных науках . 14 (2): 88–100. DOI : 10.1016 / j.tics.2009.12.001 . PMC 2814941 . PMID 20079677 .