对猫的快动眼睡眠研究如何有助于我们的研究?
1957年,阿瑟林斯基和克莱特曼的同事威廉·迪蒙特(William Dement),饶有兴趣地研究了人类快动眼睡眠与梦的关系,他还发现猫在睡眠中也有快动眼和脑激活期。这一发现为睡眠脑激活的细胞分子基础研究提供了必需的实验模型,使我们有机会把细胞分子水平上的现象与脑电图及人类睡眠时大脑活动的独特形式整合起来。完成这一整合并不需要知道猫是否做梦,只需假设猫快动眼睡眠的发生与人类一样。
动物会做梦吗?
所有哺乳动物在睡眠时都有和人类一样的大脑激活,但它们是否做梦就是另一个问题了,要回答这个问题,只有再提出一个问题:动物有意识吗?这一问题的答案一直处于激烈争论中。当今很多科学家觉得动物可能确实有一定程度的意识,但其意识缺乏语言,亦无建设性和象征性思维能力,与人类意识大不相同。
动物即使真的能做梦,也无法报告出来。但是,有哪个宠物的主人会怀疑自己最爱的动物朋友没有意识、记忆和情感呢?这是意识的三个主要方面,不论动物是否有我们这样的口头语言,它们都可以体验到这三方面。当动物的大脑在睡眠期间激活时,何不假定它们也有某种意义上的认知、情感和记忆体验呢?
在科学意义的重要性方面,我们可以将动物的睡眠纳入人类梦的研究中,至于动物做梦与否,其实并没有太大的区别。要从动物身上学习,我们只需知道它们在睡眠中有和我们一样的大脑激活,然后我们就可以进而相当稳妥地认为:动物睡眠时的大脑激活机制与人类一样。
快动眼睡眠的物种一致性假说得到后续研究发现的强有力支持,所有最原始的哺乳动物在睡眠期间都有周期性的大脑激活。如果它们有眼睛的话,在激活的睡眠时相也会有快速眼动。除了能支持同源性假说之外,这一惊人发现还表明快动眼睡眠对所有哺乳动物都具有生物学重要性,不论这种快动眼睡眠与人类的梦之间有何联系。另一方面,有证据表明在考虑睡眠期间大脑激活功能的重要性时,研究快动眼睡眠和梦境的关系意义不大。
结果表明,这些研究睡眠的新方法都是有用且重要的。例如现在已经明确快动眼睡眠有益于体温调节,这或许是所有哺乳动物的看家本领。众多实验显示快动眼睡眠还可促进程序性学习的巩固和强化。由于程序性学习是一种后天获得的可在无意识情况下做事的能力,对梦境的主观体验绝不可能蕴含这样高水平的功能性原理。此外,我们从梦中如何得知调节自身体温的能力是由快动眼睡眠保障的?
法国神经生理学家米歇尔·朱维特,从20世纪50年代中期开始就在里昂工作,他采用了莫鲁齐和马古恩发现大脑网状系统激活理论时所用的方法——电刺激和对大脑的手术改变——一劳永逸地证实睡眠期间大脑激活确实存在并且是自发出现的。他还证明快动眼睡眠是由脑干(包括网状结构)产生的。朱维特发现了与快动眼睡眠固定相伴的肌张力的主动抑制,以此帮助我们理解大脑如何可以在不导致觉醒的情况下激活。尽管上位脑精心制造了人们在梦境中感知到的丰富行为,并发出相应的指令,但运动系统在脊髓层面被主动阻断,故现实动作不可能出现。
1980年3月12日跳伞第29号梦例
一队伞兵依序先后下降——蓝蓝的天上漂着白色的降落瑟—突然,一个伞兵出人意料地快速超过另一个伞兵——现在看来这显然是一场竞赛——这个来自海军的新兵,将轻松获胜。且慢!他的降落伞张开了吗?当然了!为了控制自己的下降速度,他沿着降落伞的吊绳往上爬——像一个胎儿吊在自己的脐带上晃悠!
在这个梦中,跟之前的例子一样,我自己是不动的,但我所感知到的三个伞兵的动作依然是持续而扣人心弦的。这种梦中动作引发的紧迫感其实很常见,它不仅体现出边缘系统压力激素被同时激活释放,还显示了在脑干自身层面产生的不熟悉或本质上不可能的动作模式,而脑干正是控制空间体位的神经元所在的部位。
朱维特通过一些极端但有决定意义的实验证实了上述观点。他把脑干从大脑的两个重要部分——桥脑和中脑的连接面以下独立出来,甚至把此平面以上的所有脑组织都移除掉,仍然能观察到肌张力的周期性抑制及偶发的眼动和身体运动,包括可见于正常猫清醒时的真实动作中的节律性颤动。换言之,人类梦境的一个关键形式特征——持续性动感,可能来自能够激发动作模式的脑干的极低部位。总之,这样的发生器都位于脑干中,并在快动眼睡眠时激活。
和阿瑟林斯基及克莱特曼一样,朱维特清楚地知道如何利用偶然的发现。当时他正在研究其他的课题(巴甫洛夫条件反射),突然他的猫就像阿瑟林斯基实验对象中的孩子们一样睡着了。他正试图去监控猫在清醒时的注意力,颈部肌肉电极发现了快动眼睡眠时的肌无力。科学研究和生活的其他方面一样,失之东隅,收之桑榆。不久,朱维特又有了另一次机遇,当时他是一个研究猫的神经外科学家,想要整合脑干、丘脑等皮层下结构的脑电图,结果他成功观察到了大脑不同区域——脑干网状结构的桥脑(P)、丘脑外侧膝状体(G)、枕叶皮质(O)——进入快动眼睡眠时出现的阵发波(PGO)。清醒状态下这些波显著减少,表明快动眼睡眠期的大脑激活在生理和心理上都是独特的。图3描绘了从皮质、丘脑、脑干记录到的阵发波。