编者按：脑科学对各种脑功能的解析、脑疾病的诊断治疗、类脑智能和脑机接口的技术开发，都具有非常重要的意义，中科院之声与中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心联合开设“脑智擘未来”专栏，为大家解读视觉、学习记忆、注意力、抉择、意识、语言、共情、合作等日常生活中常见行为和现象的研究方式和科学发现。　　

     试想，你蹑手蹑脚走进房间、走近床边，看到同住者虽然安静地躺着，眼球却在快速运动，眼睑上下跳跃。你以为她还没睡着，轻声对她说话，她没回答。等你也打算躺下时她却突然说：“哎呀，我刚做了个梦，可有意思了……”

　　这就是快速眼动睡眠，因为往往伴随着生动的梦境，又被称为“梦境睡眠”。人在做梦时并没有睁开眼睛，为何却能感受丰富的色彩、情绪、人物和场景？当我们入睡后，眼球仍然在微微地快速振动，它们是在“造梦”吗？

　　01 何时有梦

　　1951年，芝加哥大学Kleitman实验室里，一名叫Aserinsky的研究生为了测试老旧的脑电图记录设备把电极片贴在8岁儿子的眼睑上，让他上下左右移动眼球。过了一会儿，Aserinsky发现信号出现密集的大幅震荡，但儿子已经睡着了。他就这么捕捉到了“快速眼动睡眠”。这个发现正式开创了睡眠领域的神经科学研究1。

　　图一 Aserinsky记录到的睡眠中眼电和脑电的原始信号图

（曲线自上而下 --- RV：右侧垂直方向眼电；Resp：呼吸曲线；RH：右侧水平方向眼电；Body Motility：身体运动；RF：右侧前额叶脑电）

　　Kleitman实验室系统地记录了一批人的脑电和眼电，可以清楚地划分快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠的不同阶段（图二）。从大脑的脑电波来看，快速眼动睡眠期间大脑高度活跃，有些大脑区域甚至比清醒时还要更活跃。研究者推测，这些丰富的大脑活动很有可能是构筑梦境的基础。、　　

　　图二 人的睡眠周期示意图（图片来源于网络）

　　那么，梦境只发生在快速眼动睡眠中吗？

　　为了回答这个问题，科学家们开展了一项名为“唤醒+梦境报告”的实验：在被试者进入睡眠后，科学家根据脑电图波形判断所处的睡眠阶段，并在不同的睡眠阶段将人唤醒。被试被唤醒后要回忆是否正在经历梦境，如果有，则说出梦境的内容。大量实验数据的统计表明人在非快速眼动睡眠中也会出现梦境，且梦境的内容往往较有逻辑，与人们白天经历的事件有很强的关联性，这可能是大脑在对白天的经历进行整理归档；更多的梦境发生在快速眼动睡眠阶段，这个阶段的梦境往往包含强烈的情绪、生动的视觉场景、更离奇的事件等。

　　02 大脑怎样造梦

　　在2011年的一项研究中，科学家通过正电子发射断层扫描（PET）技术来记录全脑的活动，并在被试进入快速眼动睡眠后唤醒他们，让他们报告自己经历的梦境内容2。然后，研究者进一步对梦境内容进行分类并与大脑的活动进行关联。

　　不妨举个例子，以下三种梦境情景对应不同的分类（图三）：1.行李箱中的城市；2.在厨房的水池里发现了巨型的草莓；3.在黑暗中遇到危险、极力追上前面骑马的人。

　　情景一体现了梦境场景和现实的分离，情景二体现的是视觉的变形；研究发现，这两种梦境出现时大脑中负责视觉信息处理的神经通路——枕叶皮层到颞叶皮层高度激活，然而，大脑中负责更高级的、与逻辑推理相关的脑区——前额叶皮层的活动显著下降。情景三中，人会产生的强烈恐惧情绪，这与大脑中的“恐惧中枢”杏仁核的激活有关。

　　图三 快速眼动睡眠时期全脑神经活动变化（A）以及被试报告梦境内容举例（B-D）2

　　03 眼动与做梦

　　在梦境睡眠期中我们身体的躯干肌电几乎处于麻痹状态，然而面部的一些肌肉仍可以活动，其中眼周的肌电活动会造成梦境睡眠中的快速眼球运动。那么，我们能通过揭示眼动的规律来帮助解析梦境吗？

　　有科学家提出视觉扫描假说（“Scanning Hypothesis”），认为快速眼动睡眠中的眼球运动是人们在扫描梦境中的图像，正如我们在清醒时通过眼球运动来调节视野探索世界一样3。该假说得到了多项实验证据的支持。比如，2022年来自加州大学旧金山分校的一项研究证实了眼动的发生可能与梦境中空间探索密切关联4。他们在小鼠上记录了一群编码小鼠的头朝向信息的神经元5，并通过这群神经元的活动对小鼠的头朝向位置进行实时解码。有趣的是，研究人员发现快速眼动睡眠时期眼球的运动方向与实时解码的头朝向的运动方向是一致的！这说明梦境中的眼动并不是随机发生的，而可能与运动探索中对不同位置的图像进行观察有关。

　　但也有研究持不同观点，比如以色列特拉维夫大学的一项研究提出眼动代表梦境中的视觉场景切换。研究者通过同时记录眼动和大脑中多个脑区的神经活动，发现梦境睡眠中眼球运动时的脑活动与清醒时看到新的图像刺激时类似6。

　　04 还能怎样窥探梦境

　　科学家们在快速眼动睡眠行为障碍（Rapid eye movement disorder, RBD）的疾病病人中做了一系列有意思的尝试。1986年，美国的两名医生发现，一些有睡眠障碍的患者在快速眼动睡眠中报告有严重的暴力行为7，而且他们当时的肢体行为往往与唤醒报告中的梦境内容密切相关，比如：梦境中正在与人争执打斗的患者在现实中会作出拳击或蹬腿样动作。

　　清醒梦则提供了另一种我们与梦中人直接对话的方式。有些人经过特定训练能清楚地知道自己身处梦境，并对外界刺激做出一定反应。来自美国西北大学的Konkoly等人收集了36个清醒梦被试，记录他们的脑电图、眼电和脸部的肌电，当被试者进入清醒梦之后，研究人员给他们一系列的声音、闪光或者触觉刺激，让他们结合梦境中的内容利用眼动或者脸部肌肉运动做出回答8。比如，被试者梦到自己在教室中看到顶部的灯光在以一定模式闪烁（对应于4次闪光刺激），认为这是一个摩斯密码，并通过左右4次眼动做出响应（图四）。这种交互式梦境不仅说明眼动和脸部肌肉运动能够反应梦境中的认知活动，同时也为研究梦境内容、进行梦境学习提供了全新的方式。

　　图四 清醒梦实验范式示意图：被试在梦中对接收的声光电刺激通过眼动或脸部肌电进行实时响应13

　　2022年中科院脑智卓越中心刘丹倩研究组发表在Nature neuroscience上的工作发现了小鼠快速眼动睡眠时除了具有眼动之外，还有丰富的咀嚼、抽鼻子和胡须运动9。综合这些面部活动并进行定量化，研究者将快速眼动睡眠分成了安静期和活跃期，并且揭示了大脑皮层的压后皮层主导的皮层活动和这两个阶段的联系。这项研究搭建起了快速眼动睡眠期的行为表征和神经活动的桥梁，为未来研究梦境的神经机制奠定了基础。

　　梦境无涯，“解梦”有路，我们期待着有更多关于梦境与睡眠的精彩发现。

　　参考文献：

　　1. Aserinsky, E. & Kleitman, N. Regularly occurring periods of eye motility, and concomitant phenomena, during sleep. Science 118, 273–274 (1953).

　　2. Desseilles, M., Dang-Vu, T., Sterpenich, V. & Schwartz, S. Cognitive and emotional processes during dreaming?: A neuroimaging view q. in (2017).

　　3. Arnulf, I. The ‘scanning hypothesis’ of rapid eye movements during REM sleep: a review of the evidence. Arch. Ital. Biol. 149, 367–382 (2011).

　　4. Senzai, Y. & Scanziani, M. A cognitive process occurring during sleep is revealed by rapid eye movements. Science 377, 999–1004 (2022).

　　5. Taube, J. Head direction cells recorded in the anterior thalamic nuclei of freely moving rats. J. Neurosci. 15, 70–86 (1995).

　　6. Andrillon, T., Nir, Y., Cirelli, C., Tononi, G. & Fried, I. Single-neuron activity and eye movements during human REM sleep and awake vision. Nat. Commun. 6, 7884 (2015).

　　7. Schenck, C. H., Bundlie, S. R., Ettinger, M. G. & Mahowald, M. W. Chronic behavioral disorders of human REM sleep: a new category of parasomnia. Sleep 9, 293–308 (1986).

　　8. Konkoly, K. R. et al. Real-time dialogue between experimenters and dreamers during REM sleep. Curr. Biol. 31, 1417-1427.e6 (2021).

　　9. Dong, Y., Li, J., Zhou, M., Du, Y. & Liu, D. Cortical regulation of two-stage rapid eye movement sleep. Nat. Neurosci. 25, 1675–1682 (2022).

　　审稿：中国细胞生物学学会神经细胞生物学分会

　　作者：中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心董宇凡

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