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睡眠快速眼动（Rapid Eye Movement during Sleep）: fcsun 2012-4-14 16:16; 睡眠快速眼动(REM)的信息处理 Information Processing of Rapid Eye Movement in Sleep 一. 睡眠快速眼动简介：健康人在正常睡眠期间会间歇地出现一种快速急剧的眼球运动，称为快速眼动（ rapid eye movement ， REM ），每晚约出现 3~4 次，一次持续期为几分至 50 分钟，累计共约 2 小时左右，在时间上与“梦”同步发生，且在 REM 时期脑血供应量明显增加。这一方面提示了在睡眠期间人脑并非处于静止休息状态，而是周期地进行着高强度的神经信息处理活动；另一方面也揭示“梦”并非睡眠中的偶发现象，而是一种正常睡眠过程中必然的生理现象。在上世纪50年代，Aserinsky 和 Kleitman 首先以详尽的实验记录报导了睡眠中快速 REM 眼动现象的规律以及与梦的关系，这是人们第一次对睡眠及梦以客观记录眼球运动方法进行的实验研究，突破了以往凭主诉回忆、或用“自我”“本我”之类所谓心理分析来对梦睡眠的猜测的局限性，研究结果于 1953 年首次发表在 Science 后，就吸引了大量研究者的兴趣，在该文发表 50 周年的 2003 年， J Neuropsychiatry Clin. Neurosci. 还全文重刊了原文，说明它在梦睡眠研究中重要作用，也表明睡眠快速眼动至今在生命科学和信息科学等多种交叉学科中受到关注，急待深入研究。二. 睡眠快速眼动 REM 的“反向学习机制”（Reverse Learning Mechanism）猜想：人在正常睡眠中皆发生间歇性快速眼动 REM 并与梦同步 , 这种 REM 在脑信息处理中究竟起何作用？这吸引了 DNA 基因发现者 Crick 及其同事用大脑神经网络的“反向学习”假设来解释其脑信息处理：认为大脑皮层正如 Hopfield 人工神经网络中描述的平行处理式联想记忆网络，能对一组模式样本输入通过学习改变权重系数来更新神经元的突触连接，然后在新信息模式输入时，网络由突触权重求和运算再经非线性激励函数后，自动导致汉明距离 (Hamming distance) 最近的神经元呈现激活状态，也即得到联想结果（也称作“吸引子”， Attractor ）； Crick 假设：大脑的成长或生活经验的学习过程所塑造的神经元突触联接都难免会有联接错误，形成错误的寄生吸引子模式（ parasitic attractor modes ） , 它们会导致脑产生奇异联想（ bizarre asso ciation ）、或顽固地产生同一联想状态的强迫观念（ obsession ）、或因不当反馈信号使在无输入信息下造成幻觉（ hallucination ），睡眠中发生快速眼动（ REM ）活动正是脑在睡眠中以“反向学习”来消除这些产生这些寄生模式的神经突触联接错误。趁大脑睡眠状态下处于与外界的输入输出皆被阻断，从脑桥 - 膝状体 - 枕叶发出 PGO 波（ Ponto-Geniculo-Occipital wave ）随机信号来励神经网络系统，产生快速眼动 REM ，同时促成梦境中各种非现实的幻觉出现 , 使其中错误寄生模式都被激发出来，再经“反向学习”在神经突触联接中校正消除。 Crick 认为这种“反向学习机制”虽然目前还不易用实验来验证，但比其它的假设都更合理。三. 对“反向学习机制”的质疑，以及其它机制探讨： 1. “反向学习机制” 假设本身还存在一些疑问：例如：幼婴儿每天睡眠中的快速眼动 REM 时间累计多达 8 小时以上，为青年期每晚快速眼动期 REM （约两小时）的 4 倍，但如何解释婴儿脑部神经网络联接的错误比成年时大如此之多？尤其是幼婴视知觉经历很少甚至尚未睁眼，其大脑如何界定正常经验知觉与视幻觉？虽然脑研究也报导了人类发育过程从胎儿直到青春期，都是大脑皮层神经突触密度逐步减少，但那是由基因控制的发育过程，连先天盲人都如此，更不易用反向学习机制解释；还有，实验表明，某些神经抑制药物能完全阻止发生 REM 睡眠，但这种停止执行“反向学习 ” 并未导致出现精神异常。因此该理论并未能满意解决睡眠快速眼动 REM 机制问题。 2. 脑内记忆信息转换假设：实验证明，仅仅剥夺实验受试者的快速眼动 REM 睡眠，保留其它时段睡眠不受影响，则受试者第二天精神正常但学习能力受到很大的损害，表明快速眼动 REM 睡眠对人的记忆功能有很大作用。早期曾经有 Newman 等人受到计算机工作原理启发 , 提出人的快速眼动 REM 睡眠作用相当于计算机在运算后清除无用的暂存信息记忆，但 Crick 等对这不赞同，认为计算机不同于脑神经网络的平行计算而加以否定。其实，从控制论观点来比较大脑与计算机记忆还是有其借鉴意义，睡眠 REM 眼动实验数据就揭示了梦境当时仅进入短时记忆，在梦后立即觉醒回忆复述，梦才能进入长期记忆不被遗忘；睡眠 REM 眼动可能正是参与了记忆信息转换作用。当然，这假设还得由实验或计算神经科学的脑模型研究来设法检验。 3 . “睡眠 REM 眼动”与“梦”需区分：至今不少有关文献提及睡眠中的 REM 眼动总是与“发生梦境”（俗称“做梦”）等同起来，实际上两者的关系正是急需进一步的实验研究来阐明的问题。因为至今所有的实验结果都是仅仅是证明睡眠 REM 与出现梦境在时间上有很强的相关性（也有文献报道了有少量的非快速眼动期间“梦”的事例），究竟这二者之间是因果关系，或者是伴随关系？但决不是全同关系。“梦”是人在睡眠中没有感觉输入信号刺激下发生的无意识（也有称之为半意识）特殊状态的精神（ mental ）或心智（ mind ）现象；睡眠中的快速眼动 REM 是眼球在脑部有关核团控制下进行的具体的器官运动；人在白天清醒状态下的眼动是视觉目标诱发的随意或非随意地（ voluntarily or involuntarily ）眼球运动，以实现有效地采集和处理视觉信息，清醒状态下人的眼动包括有微小幅度的注视眼动（ fixation ）、改变眼球注视位置的 Saccade 眼动、和对运动目标速度跟踪的 smooth pursuit 眼动等三种基本形式，正常人每天会不自觉地进行着数十万次的眼动，直至入睡才基本停止；但在睡眠中既无视觉刺激输入，也无大脑皮层的清醒意识活动，这 REM 眼动是如何诱发出来的？它是与白天的眼动经历有关的回放（ replay ） ? 还是由梦境中的幻视觉景象所引发 saccade 眼动 ? 在脑内信息处理中起何作用？都是需要探索研究的问题。深入研究睡眠及睡眠 REM 眼动信息处理机制不仅有其理论意义，而且将对老年痴呆症及精神分裂症（皆与 REM 睡眠有密切关联）等神经疾病及精神疾病的诊断治疗有重大价值，对人工智能和仿生计算机设计创新也可能具有借鉴意义。四. 睡眠REM眼动研究一些方法难点： 1 . 基于动物模型的困难至今有大量文章是基于大鼠等动物实验结果，用来推测人睡眠 REM 眼动机制及控制模型，甚至得出开关控制机制 , 其结果值得商榷。因为低等哺乳动物与人存在很大差异，即使与人类最接近的类人猿黑猩猩的脑结构及思维特点与人还有很大差别 , 未见有实验证明牠们睡眠模式与人完全一样，更未有客观实验证实牠们具有和人一样“做梦”的“ mind ”现象。只有对人志愿受试者进行实验研究才能获得准确结论；或由计算神经科学脑模型研究设法仿真研究。 2 ． fMRI 脑成像设备研究睡眠 REM 与清醒状态下脑成像不同，必须实验方法上重新设计。 3. 探讨睡眠 REM 过程中眼动位置与梦境的关系，不能袭用普通 EEG 脑电记录眼动信号，必须采用长时程低漂移宽带眼动信号记录设备，或使用红外视频记录及图像处理测得眼睑下的眼球位置信息。总之：睡眠 REM 信息处理机制研究，是首次涉及探索人在睡眠中的“意识”或“心智”现象问题，会受到“占梦”，“解梦”，“造梦”，“盗梦”等影视商业宣传的非科学思维干扰，或被弗洛伊德的“精神分析”中含糊表述的无所不能又是无法实验证伪的非科学思路的误导，必须在科学可实验证伪性（ Falsifiability ）原则下，克服实验设计及测量上困难进行严谨研究，才可能逐步揭开睡眠 REM 眼动脑信息处理机制。参考文献: Aserinsky E, Kleitman N. Regularly occurring periods of eye motility, and concomitant phenomena, during sleep. Science , 1953, 118:273-274. also in: J Neuropsychiatry Clin Neurosci, 2003, 15(4): 454-455 . Crick F, Mitchison G. The function of dream sleep. Nature , 1983, 304 (7) :111-114. Hopfield, J. J. Neural networks and physical systems with emergent collective computational abilities. Proc. Natl Acad. Sci. USA 79(8), 2554–2558 (1982). Yoo S, et al. A deficit in the ability to form new human memories without sleep. Nature Neuroscience, 2007, 10(3):385-392 Newman E A, Evans C R. Huaman dream processing as analogous to computer program clearance, Nature, 1965, 206(5):534-535 . Crick F.and Mitchison G. REM sleep and neural nets, Behavioural Brain Research 1995, 69 (1): 147-155 唐宯威 . 梦的本质 . 长春 : 吉林人民出版社， 2005 孙复川 , 李峙 , 陈凌育 , 赵信珍 , 王存国 . “ 睡眠快速眼动 (REM) 与视觉信息处理关系探索 : Ｉ . 睡眠中快速眼动 (REM) 的 Saccade-Like 分析 ” 生物化学与生物物理进展， Vol.34, Suppl. 2, p.12, 2007 孙复川 , 眼运动控制特性与精神疾病 , 全国研究生 2009 暑期班讲座信息科学技术在医学中的应用 , 上海大学 2009/6/2 4 McCarley R W. Mechanisms and models of REM sleep control. Arch. Ital. Biol. 2004, 142(3):429–467. Saper, C. B., et al., Hypothalamic regulation of sleep and circadian rhythms. Nature. 2005, 437:1257–1263 Lu J, et al. A putative flip–flop switch for control of REM sleep. Nature, 2006, 441(3):589-594. Popper K R. Conjectures and Refutations: The Growth of Scientific Knowledge. London:Loutledge,2002. 撰稿人: 孙复川中国科学院上海生命科学院; 个人分类: 人学，Mind，梦|17856 次阅读|0 个评论

"梦"及其目前研究现状的科学性?: fcsun 2009-4-10 19:38; Outline: 1. 梦是睡眠中脑信息处理的一个必然过程? 还是脑信息处理通路中的泄漏信号? 2.不管“有意识”、“下意识”或“无意识”的争论, 梦是以我的体验为属性的; 如果用主观心理物理实验的主诉方法就会形成悖论: 受试者在梦中不能主诉,能主诉时已不梦中; 或者说受试者能主诉时至多只能是对梦的记忆, 可是目前心理学的描述是记忆是人脑对过去经历过的事物的反映对梦中的情景能作为是经历过的事物吗? 也即是说梦中事物能定义为记忆吗? “ 我 ”是什么？不等于是自己的大脑，又是依赖于大脑；将孤立的脑用体外循环仪器供应其营养就能维持“我”的存在吗？脑死亡与“我”的消失的时迟时间delt T 若能大于零哪怕一毫秒，那一毫秒中的“我”会是什么？ 3. 快速眼动(Rapid Eye Movements, 简称REM)实验, 似乎把梦推到可以由我以外的人来检测, 问题是至今实验仅证明了梦与REM之间在时间上有较强的相关性; 如要证明REM与梦的因果关系或同一性仍有漫长的路还未走; 4.对梦的倾诉和分析开导进行治疗有科学根据?有客观的科学实验能证明梦景中的事物与睡眠者的mind有因果关系吗？还是梦分析的“效果”属于催眠效应或安慰剂效应? “占梦术”仅是像“占星术”一类的东西吗？ 5. 梦能被人为干预吗? 能对梦主动干预达到治疗目的吗? 6.至今可做但尚未做的梦的客观检测实验有哪些;; 个人分类: 人学，Mind，梦|4882 次阅读|0 个评论

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