Как современные исследования раскрывают секреты нашего ночного отдыха — рассказывает доцент кафедры специальной и клинической психологии института образования и практической психологии ЧелГУ Валерия Рагозинская.
Как современные исследования в нейробиологии объясняют процессы, происходящие в мозге во время сна
Сон — это физиологическое состояние, характеризующееся снижением уровня осознания окружающей действительности, изменением реакций на внешние раздражители и изменением уровня активности нервной системы.
С точки зрения нейронаук, сон — это сложный и многофазный процесс, в основе которого лежат сложные нейробиологические процессы в головном мозге. Несмотря на то, что сон для нас — это явно пассивное состояние, это не просто период отдыха. Вопреки распространённому мнению, во время сна мозг не только не «отключается», но и, напротив, остаётся активным и выполняет множество задач, необходимых для обработки информации, восстановления и консолидации памяти, обучения, регулирования эмоционального состояния, поддержания ментального и физического здоровья.
Сон состоит из двух основных фаз: медленного сна (NREM) и быстрого сна (REM). Эти фазы чередуются в течение ночи. Для каждой фазы сна характерны специфические процессы, происходящие в нервной системе. Во время медленного сна (NREM) мозг переходит в состояние покоя, снижается метаболическая активность и происходит «очистка» от токсичных отходов. Это критически важно для предотвращения нейродегенеративных заболеваний. Также во время медленного сна происходит консолидация памяти, когда мозг переносит информацию из кратковременной памяти в долговременное хранилище.
Фаза NREM делится на три стадии, каждая из которых характеризуется различным уровнем активности мозга. В первой стадии происходит быстрое засыпание. В этом состоянии мозг начинает медленно производить альфа- и тета-волны. В это время он ещё реагирует на внешние раздражители. На второй стадии происходит углубление сна. Здесь мозг начинает генерировать особые сигналы (так называемые «веретёна сна»), которые, как считается, связывают различные области мозга. Процесс удержания информации и обучение происходят преимущественно в эту стадию. Во время NREM-сна происходит перенос информации из краткосрочной в долговременную память. В это время осуществляется структурирование информации, что позволяет улучшить наши когнитивные функции и способности к обучению. Третья стадия считается самым глубоким сном. В это время мозг выделяет медленные дельта-волны, что свидетельствует о значительном сни жении активности мозга. В это время восстанавливаются физические и психологические процессы организма, активизируется иммунная система, происходит регенерация клеток, детоксикация организма. Но на этой стадии также происходит большинство случаев ночных кошмаров и бессознательных действий.
Фаза REM, или парадоксальный сон, напротив, характеризуется высоким уровнем активности мозга, сопоставимой с состоянием бодрствования. Быстрый сон играет важную роль в укреплении воспоминаний и эмоциональной переработке. В этот период увеличивается производство главных нейромедиаторов и нейротрансмиттеров, таких как ацетилхолин, серотонин и дофамин. Благодаря этим и другим процессам в мозге во время REM-сна происходит эмоциональная регуляция, консолидация эмоциональной памяти и обработка информации, полученной в течение дня. Поэтому именно в фазе быстрого сна мы чаще всего видим сны. И сновидения этой фазы, как правило, наиболее яркие, интенсивные и запоминающиеся.
В целом, сновидения являются результатом сложного взаимодействия между различными областями мозга, что позволяет нам переживать уникальные и часто загадочные состояния сознания.
Интересно, что содержание сновидений может быть отражением не только личных переживаний и воспоминаний, но и текущего физического состояния организма. Болезни, голод или даже положение тела во время сна могут влиять на тематику и образы, возникающие в сновидениях.
Учёные до сих пор спорят о точной функции сновидений. Некоторые полагают, что они служат для обработки эмоций и консолидации памяти, в то время как другие считают, что сновидения — это побочный продукт активности мозга во время сна, не имеющий конкретной цели.
Несмотря на множество исследований, природа сновидений остаётся одной из самых загадочных областей нейробиологии. Погружаясь в мир сновидений, мы сталкиваемся с безграничными возможностями человеческого сознания, где реальность и фантазия переплетаются в уникальном танце.
Технологии и нейроинтерфейсы, помогающие изучать сны
Изучение активности мозга во время сновидений требует сложных методов нейровизуализации. Современные технологии и нейроинтерфейсы, способные считывать мозговую активность во время сна и переводить её в понятные данные, позволяют учёным получать данные о мозговой активности в реальном времени. Это открывает уникальные возможности и захватывающие перспективы в изучении сновидений, позволяя глубже понять этот загадочный феномен человеческого сознания.
Одним из старейших методов исследования мозговых волн является электроэнцефалография (ЭЭГ). Это ключевой инструмент в изучении активности мозга во время сна. Современные системы ЭЭГ, оснащённые алгоритмами машинного обучения, способны отслеживать изменения электрических импульсов в мозге, идентифицировать паттерны мозговой активности, характерные для разных стадий сна, и фиксировать моменты появления сновидений. Различные типы мозговых волн, такие как дельта-волны во время медленного сна и бета-волны во время быстрого сна, отражают различные уровни активности нейронов. Анализ этих волн позволяет исследователям лучше понимать физиологические процессы, происходящие во сне.
Такой метод визуализации, как функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), позволяет наблюдать активность различных областей мозга в режиме реального времени. В сочетании с ЭЭГ фМРТ даёт возможность увидеть с большей детализацией, какие участки мозга активируются во время сновидений. В частности, исследования на основе МРТ показали, что во время REM-сна активность лимбической системы, зрительной коры и других областей значительно возрастает. Это создаёт базу для понимания, какие нейронные механизмы лежат в основе сновидений. Например, установлено, что зрительная кора головного мозга особенно активна во время фазы быстрого сна, что соответствует видению образов в сновидениях. Использование фМРТ также помогает выявить связь между различными типами воспоминаний и активностью определённых зон мозга, что важно для понимания механизмов формирования и запоминания сновидений.
Искусственный интеллект и машинное обучение играют ключевую роль в анализе больших объёмов данных, собранных с помощью ЭЭГ и фМРТ. Эти методы помогают выявлять скрытые закономерности в мозговой активности, которые невозможно заметить невооружённым глазом. Например, ИИ может определять корреляции между определёнными образами в сновидении и изменениями электрической активности мозга. Кроме того, нейросети применяются для моделирования процессов обработки информации в мозге, что помогает создавать гипотезы о том, как именно формируются и воспринимаются сновидения.
Технологии отслеживания движений глаз. Одним из ключевых признаков быстрой фазы сна является быстрое движение глаз. Современные трекеры движения глаз позволяют точно зафиксировать начало этой фазы и связать её с содержанием сновидений. Исследователи используют эту технологию для того, чтобы пробуждать людей в момент возникновения ярких сновидений и немедленно опрашивать их о содержании увиденного. Эта методика известна как стимулированный отчёт о сновидениях (dream incubation), когда человек перед сном сосредотачивается на определённой теме, а затем просыпается в нужный момент, чтобы вспомнить детали сна.
Нейрокомпьютерные интерфейсы позволяют считывать сигналы мозга и интерпретировать их в виде команд для внешних устройств. Хотя пока они не используются непосредственно для записи сновидений, их потенциал огромен. Например, есть идеи использовать такие интерфейсы для управления виртуальной реальностью или роботизированными системами на основе сигналов мозга, связанных со сновидениями.
Виртуальная реальность и управление сновидениями.
Некоторые исследователи экспериментируют с использованием технологий виртуальной реальности для влияния на содержание сновидений. Представьте себе ситуацию, когда вам надевают VR-шлем прямо перед засыпанием, и вы видите сцены, которые впоследствии проникают в ваши сны! Такие эксперименты уже проводятся, и они показывают, что внешний стимул может влиять на характер сновидений. Есть даже проекты, направленные на создание «управляемых сновидений». С помощью специальных устройств, таких как маски для сна с LED-индикаторами, пользователи могут пытаться влиять на ход своих снов, ориентируясь на световые сигналы. Принцип, на котором основана работа очков для управления сновидениями, заключается в следующем: в маску встроены особые сенсоры, которые улавливают быстрые движения глаз во время быстрого сна. Они подают на глаза тепловой импульс, человек понимает, что спит, и постепенно учится моделировать себе сон. Данное направление привлекает огромный интерес как у исследователей, так и у обычных пользователей, однако следует помнить, что осознанные сновидения далеко не так безопасны, как может показаться на первый взгляд. Судя по изменениям на электроэнцефалограмме во время «осознанных сновидений», нормальным такой сон не является. Получается, с помощью этих устройств человек вторгается в структуру своего сна и, возможно, нарушает её. А для людей, предрасположенных к психическим расстройствам, это и вовсе может стать спусковым крючком для их проявления.
Таким образом, благодаря новым технологиям и нейроинтерфейсам мы получаем больше возможностей для глубокого изучения природы сновидений. Эти инструменты позволяют лучше понять, как работает наш мозг во время сна, каким образом формируются образы и воспоминания, и даже как управлять нашими снами. Нейроинтерфейсы позволяют регистрировать электрические импульсы мозга, что даёт возможность отслеживать фазы сна и выявлять характерные паттерны, связанные с различными типами сновидений. Новейшие алгоритмы машинного обучения анализируют эти дан ные, стремясь расшифровать символику и содержание снов.
Перспективы в создании инструментов для записи или расшифровки сновидений
Возможно, в будущем станет реальностью запись и воспроизведение сновидений, что позволит лучше понимать подсознание и психическое состояние человека. Внедрение этих технологий в практику может привести к революции в лечении психических расстройств, улучшении когнитивных функций и даже к новым формам искусства и развлечений.
Однако, на пути к реализации этих захватывающих перспектив стоят серьёзные вызовы. Расшифровка сновидений — задача чрезвычайно сложная, поскольку сновидения субъективны и индивидуальны, а их символика может сильно отличаться в зависимости от культурных и личных особенностей.
Более того, необходимо учитывать этические аспекты использования нейроинтерфейсов и данных о сновидениях. Важно будет обеспечить конфиденциальность и защиту частной жизни, а также предотвратить возможные злоупотребления этими технологиями.
Вероника Цветкова
Изображения сгенерированы нейросетью «Шедеврум» от Яндекс. Фото: пресс-служба ЧелГУ