重放是可测量的记忆过程,不是能直接观察的梦
重放是指大脑在睡眠时再次运行清醒时产生的活动模式。在大鼠中,海马细胞在探索时按特定顺序放电,到了快速眼动(REM)睡眠——人类最常报告做梦的阶段——又会以相似的顺序再次放电[2]。在人类身上,研究人员现在可以用机器学习分类器分析脑电图记录,从而在睡眠中检测到这类再激活,甚至可以通过播放清醒时与特定记忆配对过的声音来触发它,这种方法叫靶向记忆再激活[3]。
对做梦这个问题来说,关键在于这些方法实际测量的是什么。它们检测到的是某个与记忆相关的模式重新出现了,而不是睡眠者是否正在经历某种体验。一个分类器在慢波睡眠中标记出再激活,只能告诉我们大脑正在重新加工某些东西,而不能说明正在做梦[3]。正因为存在这一缺口,现有证据无法判定重放究竟是有意识做梦背后的机制,还是与做梦并行发生的另一个无意识过程。
重放确实出现在与做梦关系最密切的REM睡眠中
如果重放只是无意识的深睡眠现象,做梦的问题会简单一些。但重放也在REM睡眠中被发现了。在大鼠中,清醒时海马活动的时序结构化序列会在REM睡眠期间被再激活[2]。较新的小鼠研究证实,清醒探索时的表征会在REM睡眠片段中重新出现,其时间结构的程度各不相同;而且在新奇体验之后,时间上有组织的序列在REM睡眠中重放的频率更高[5]。
这种时间上的重叠有提示意义,但还不能下定论。REM睡眠是人最常报告生动梦境的阶段,也是重放发生的阶段[2][5]。这种同时出现与“重放参与构成梦境内容”相符,但这些研究都没有在记录神经活动的同时收集梦境报告,所以这种联系只是时间上的相关,而不是已证实的对应关系。
证据指向重放服务于记忆,无论是否有人在做梦
跨物种、跨方法来看,重放反复表现为一种记忆巩固机制。在小鼠中,显著的新体验会强化随后REM睡眠中重放序列的时间结构,作者将其解释为REM睡眠在巩固重要体验方面的作用[5]。在人类中,任务相关序列的重放已在休息期间被检测到;人们认为重放通过再激活内部表征来支持学习和决策,而不是对体验的字面重演[4]。
人工神经网络的研究从另一个方向得出了同样的结论:一个类似睡眠的自发重放阶段保护了旧记忆,使其在新学习过程中不被覆盖,而这项研究并未涉及意识[1]。这些证据合在一起提示,重放是一个组织和保存记忆的功能性过程;至于这个过程是否伴随梦境体验、是否导致梦境,还是两者都不成立,目前仍无定论。
做梦的问题为何仍无答案
障碍在于方法。重放速度快、具有序列性,而且分布在整个大脑中;人类现有的非侵入性方法要么时间分辨率好,要么空间细节好,但无法两者兼得[4]。要在人类身上检测到重放,本身就需要新的分析技术;而在REM睡眠中结合靶向记忆再激活来检测重放,只是最近才迈出的第一步[3]。
与此同时,确实在REM睡眠中发现重放的研究都是在啮齿动物身上做的,而啮齿动物无法报告梦境体验[2][5]。这里描述的唯一一项人类REM睡眠重放研究,明确被定位为进一步研究的起点[3]。因此,睡眠中的重放是否对应有意识的做梦,现有证据并未给出答案——这只是一个现有方法刚刚开始让人有可能提出的问题。
本文引用的文献
类似睡眠的无监督重放减少人工神经网络中的灾难性遗忘
在人工神经网络中,一个类似睡眠的无监督重放阶段恢复了先前学到的任务,减少了灾难性遗忘,但该研究没有涉及意识或做梦。
快速眼动睡眠期间清醒海马群体活动的时序结构化重放
在大鼠中,清醒时的海马活动模式在REM睡眠期间以时序结构化的序列被再激活,而REM睡眠正是与人类做梦相关的睡眠阶段。
用脑电图分类器检测睡眠中的神经重放
应用于脑电图的机器学习分类器在人类慢波睡眠中靶向记忆再激活之后检测到了记忆再激活,一套新的分析流程也成功对人类REM睡眠中的再激活进行了分类。
用功能性磁共振成像研究人脑中任务表征的神经重放
新的功能性磁共振分析方法在人类任务后休息期间检测到了任务相关刺激表征的序列性重放,支持重放在学习和决策中的作用。
REM睡眠中的结构化和非结构化再激活受新奇体验调节
在小鼠中,清醒探索时的海马表征在REM睡眠期间被重现,而且时间上有组织的序列在新奇体验之后重放得更频繁。
