Осознанные сновидения вызывают сложные связи в мозге

Осознанные (люцидные) сновидения - редкое состояние, когда спящий человек знает, что видит сон, - активируют мозг таким образом, который отличается как от обычного сна, так и от бодрствования.

В новом исследовании, опубликованном в журнале «The Journal of Neuroscience», с беспрецедентной точностью отображена нейронная активность, лежащая в основе осознанных сновидений.

Люцидные сновидения возникают, когда человек осознаёт, что видит сон, а иногда даже контролирует его содержание. Несмотря на яркость и захватывающий характер, это состояние является сложным с неврологической точки зрения и до сих пор плохо изучено.

предыдущих исследованиях предлагались возможные мозговые маркеры люцидных сновидений, но результаты часто были противоречивы. Во многих из них использовались небольшие выборки и отсутствовали стандартизированные методы очистки от мешающих сигналов, таких как движения глаз во время быстрого сна (REM). Команда под руководством Чагатая Демиреля из Медицинского центра Университета Радбоуда попыталась преодолеть эти ограничения.

«Я пишу кандидатскую диссертацию, работа над которой близится к завершению, и этот проект представляет собой самую большую главу моей работы», - объясняет Демирель. «Люцидные сновидения ощущаются как странная трещина в реальности - момент, когда вы можете наблюдать за своим разумом изнутри и, возможно, даже взять его под контроль, даже когда ничто другое не кажется по-настоящему доступным для понимания. Этот парадокс - бодрствование внутри сна - увлёк меня».

Со временем это экзистенциальное любопытство переросло в научный поиск для Чагатая Демиреля. «Неубедительные результаты относительно электрофизиологических коррелятов в нескольких исследованиях с использованием отдельных наборов данных ЭЭГ с небольшими выборками подчеркнули необходимость уточнения в этой области, в частности, путём мега-анализа ЭЭГ, объединяющего различные наборы данных», - говорит он.

Исследователи собрали большой набор данных из нескольких лабораторий в Нидерландах, Германии, Бразилии и США, в результате чего была получена окончательная выборка из 26 «осознанных сновидцев», которые предоставили в общей сложности 43 записи сна, пригодные для использования. Они включали как низкоплотные, так и высокоплотные записи ЭЭГ с 128 электродами, контролирующими электрическую активность по всей коже головы.

Участников проинструктировали выполнить определённую последовательность движений глаз (левый-правый-левый-правый), как только они осознают, что видят сон. Этот стандартный сигнал позволил исследователям точно определить момент наступления ясности.

Важным нововведением в исследовании стала разработка многоступенчатой системы предварительной обработки для очистки данных ЭЭГ. Это было необходимо, поскольку спонтанные и добровольные движения глаз во время REM-сна могут создавать сигналы, имитирующие активность мозга, особенно в диапазоне гамма-частот (30-45 Гц).

Команда внедрила методы выявления и удаления этих саккадических сигналов, которые работали даже на установках ЭЭГ с низкой плотностью записи. Такая предварительная обработка гарантировала, что анализируемые сигналы действительно отражают нейронную активность, а не движения мышц или другие шумы.

Затем исследователи сравнили активность мозга во время ясного REM-сна с активностью во время обычного REM-сна и спокойного бодрствования. При сравнении использовался как анализ широкой полосы частот, так и более продвинутые методы, измеряющие сложность мозговых сигналов и функциональную связанность.

Они обнаружили, что осознанные сновидения имеют особый нейронный профиль. Хотя некоторые характеристики совпадают с обычным REM-сна, например, более низкая альфа-активность и более высокая дельта-активность по сравнению с бодрствованием, другие особенности отличают осознанные сновидения.

Одним из ключевых результатов стало снижение мощности тета- и бета-диапазонов в определённых областях мозга во время осознанных сновидений, особенно в задней и правой височно-теменной областях мозга. Эти области участвуют во внимании и самосознании, что позволяет предположить, что люцидные сновидения могут задействовать нейронные цепи, аналогичные тем, которые используются во время рефлексии или метакогнитивного мышления.

В то же время исследователи наблюдали повышенную гамма-активность - особенно в диапазоне 30-36 Гц - в тот момент, когда спящий человек начинал «осознаваться». Эта активность была наиболее выражена в прекунеусе и префронтальной коре - областях, связанных с сознанием и внутренним контролем.

Функциональный анализ связи показал, что люцидные сновидения ассоциируются с большей дальнодействующей связью между областями мозга, особенно в альфа- и гамма-диапазонах. Эти паттерны задействовали области мозга, известные как поддержка сенсорной интеграции, внутреннего внимания и памяти - функции, вероятно, участвующие в распознавании и поддержании ясности во сне.

Примечательно, что альфа-связь во время осознанных сновидений образовывала сеть, включающую верхнюю височную и верхнюю лобную извилины, что говорит о координации между слуховой, сенсорной и исполнительной функцией мозга.

Анализ сложности сигналов также отличал осознанные сны от других состояний сна. Такие показатели, как сложность Лемпеля-Зива и энтропия, которые количественно определяют непредсказуемость или насыщенность сигналов мозга, были выше в люцидных сновидениях, чем в обычном REM-сна.

Однако эти показатели все равно были ниже, чем в состоянии бодрствования. Это позволяет предположить, что осознанные сновидения представляют собой промежуточное состояние сознания - более организованное и самосознательное, чем обычный сон, но все же отличное от бодрствования.

«Мы не ставили перед собой никаких конкретных задач (в этом проекте нет нулевой гипотезы), поскольку это почти полностью исследовательская работа, связанная с объединением больших наборов данных из разных лабораторий», - говорит Демирель. «Однако больше всего нас покорили результаты анализа на уровне источников (оценка состояния коры головного мозга), которые отличаются от более традиционных анализов ЭЭГ на уровне датчиков, которые мы также применяли. Результаты анализа спектральной плотности мощности (PSD) ЭЭГ на сенсорном уровне во время люцидных сновидений напоминают REM-сон в статистическом смысле. Однако результаты на уровне источников выявили повышенную альфа-связанность во время люцидных сновидений, которая находится между REM-сном и бодрствованием. В литературе есть свидетельства изменений альфа-связанности, связанных с психоделиками».

Исследователи также изучили, как менялась активность мозга в моменты до и после того, как видящие осознанные сны люди сигнализировали о своём осознании движениями глаз. В течение нескольких секунд после этого сигнала наблюдался всплеск гамма-активности, а также масштабное увеличение связности в коре головного мозга.

Эти изменения начались непосредственно перед сигналом движения глаз, что говорит о том, что мозг готовится к осознанности ещё до того, как спящий сообщит об этом. Эти моменты могут отражать появление самосознания из состояния бессознательного сна.

«Активация гамма-диапазона в прекунеусе в момент начала подачи глазного сигнала о ясности была довольно неожиданной находкой», - говорит Демирель. «Учитывая, что эта активация происходит по сравнению с базовой линией во временной близости от самого начала, она даёт потенциально убедительные данные, указывающие на то, что мозг может моделировать собственную реальность, отражая самореферентное осознание и, возможно, осознание моторики. Это можно интерпретировать как потенциальное сенсорное пробуждение в симулированной реальности».

Данное исследование проливает свет на нейронные механизмы, лежащие в основе осознанных сновидений, благодаря решению предыдущих методологических проблем и использованию анализа на уровне датчиков и источников.

Отслеживая как спектральную активность, так и функциональные связи, исследователи дают более полное представление о том, как мозг поддерживает самосознание во сне. При этом остаётся несколько открытых вопросов. Осознанные сновидения по-прежнему сложно вызвать в экспериментальных условиях, поэтому исследователи часто полагаются на естественные случаи.

Содержание сновидений также сильно варьируется между участниками и сеансами, что затрудняет выделение аспектов опыта, наиболее ответственных за наблюдаемые мозговые паттерны. Исследование также опиралось на ЭЭГ, которая имеет ограниченное пространственное разрешение и не может окончательно исключить влияние остаточных артефактов - особенно в высокочастотных диапазонах, где движения глаз наиболее разрушительны. Будущие исследования с использованием таких методов, как фМРТ или внутричерепная запись, могли бы помочь решить эти проблемы.

«Редкость ЭЭГ высокой плотности в сочетании с данными фМРТ или отсутствие данных магнитоэнцефалографии (МЭГ) о люцидных сновидениях представляет собой серьёзное ограничение для проведения объёмных оценок глубинных структур мозга», - говорит Демирель. «Хотя интересные паттерны можно уловить на уровне источников, мы были вынуждены ограничить наш анализ оценками коры головного мозга. Хотя мы можем обнаружить наступление светлых сновидений по сигналам глаз через электроокулограмму (ЭОГ), реальный опыт, вероятно, начинается раньше, и мы до сих пор не знаем, когда именно наступает светлый сон».

Ограничения определяют цели. Сейчас Демирель работает над созданием более глубоких математических моделей для декодирования паттернов ЭЭГ и улучшением чувствительности к фазовым сдвигам при декодировании нестационарных состояний.

«Учитывая, что осознанные сновидения, по-видимому, являются переходным состоянием мозга, необходимо пересмотреть методологию, чтобы отличить их от стационарных сигналов. Это могло бы позволить более точно сегментировать состояние люцида. Я также рассматриваю люцидные сновидения как инструмент для разработки методов, которые в конечном итоге могут помочь переопределить динамику сна и бодрствования, что также косвенно поддержит исследования расстройств сознания», - говорит он.

«Я просто счастлив, что исследование наконец-то опубликовано после нескольких лет очень изнурительной работы, которая, порой, казалось, никогда не закончится», - добавил Демирель. «Я очень рад наконец-то поделиться этими результатами с общественностью».