撰文：英格麗德·威克爾葛倫
1 睡眠的疾病
噩夢已經連續幾個月以每周大概兩次的頻率困擾著索尼婭，這些可怕的夜晚讓她感到困倦、易怒和情緒耗竭——這是「夢魘障礙」的癥狀表現。這種狀況可能單獨發生，也可能與創傷後應激障礙或焦慮癥等更深層次的問題並存。為了治療夢魘障礙，瑞士日內瓦大學醫院的睡眠專家們提出了「意象重演」療法。在這項治療中，索尼婭需要在清醒時為一個糟糕的夢境創造一個積極的結局，並每天練習。對夢境全新的積極解讀往往會延續到睡眠中，從而減少噩夢發生的頻率。
但這個方法並不總是有效，因此索尼婭參加了一項新研究來測試改進後的新療法。新研究利用睡眠的力量來強化意象重演療法產生的相關記憶——在索尼婭的例子中，這些記憶是她清醒時練習過的對噩夢的積極解讀。在隨後兩周的每個晚上，索尼婭會在家中一個安靜的地方花上五分鐘放松身心，並想象夢裏那條穿過森林的路會通向一扇門，門後則是明亮、多彩、充滿安全感的田野。在索尼婭和其他17名夢魘障礙患者重演積極夢境的內容時，會佩戴一副每10秒鐘播放一次鋼琴和弦聲的耳機，這樣和弦的聲音會與積極的夢境情節聯系起來。
在為期14天的每個夜晚，患者睡覺時都會佩戴一款睡眠工程頭環。該頭環可以檢測到患者進入到快速眼動（REM）睡眠階段（之所以稱為快速眼動睡眠，是因為在該階段雖然閉眼，但眼球仍然會左右移動）的時間。在這個睡眠階段，人們的夢境往往是最為生動的。而當患者做夢時，頭環會以不喚醒患者的音量播放他們在清醒時聽到的鋼琴和弦。
在睡眠中，大腦會重放當天的某些記憶，將它們深深「印」在神經元中從而長期儲存下來，這個過程被稱作記憶鞏固。在這項噩夢研究中，鋼琴和弦會提醒受試者那些更積極的夢境內容。「我們想要增強這些特定的記憶。」領導這項研究的瑞士日內瓦大學精神病學家拉姆普羅斯·佩羅甘夫羅斯說道。
這種新療法減少了患者的噩夢並增加了積極的夢境。「即使你在清醒時僅僅重新演繹了噩夢中的某一個場景，其他型別的噩夢（如被追趕）也會減少，」佩羅甘夫羅斯說道。研究人員在2022年的一項報告中指出，在夢境重演時聽到鋼琴和弦並在睡眠中播放的治療效果，明顯比沒有鋼琴和弦加入的治療效果更好。就索尼婭而言，她已不再做噩夢，情緒也有所好轉。
改善睡眠可能是擺脫這一復雜困境的新途徑，無論是噩夢還是情緒、記憶或運動技能受損等問題，都能夠在睡眠中得到幫助。「睡眠是一個毫無防備的過程。在這段時間裏，我們暫時關閉了執行控制、理性思考、邏輯決策和沖動控制等心理功能。因此，在睡眠中施加給大腦的刺激可能會以一種不同的，甚至更為有效的方式被處理。」哈佛大學醫學院的認知神經科學家勞勃·斯蒂克高爾德如是說。
研究人員能夠使用多種技術來「進入」並操縱睡眠，例如對患者的大腦進行電刺激，或者使用聲音、氣味來重現某些特定的經歷。雖然許多技術的目的是更好地幫助我們了解睡眠在記憶和認知中的作用，但它們也有助於中風患者的康復，或者延緩老齡化引起的失憶問題。這些技術甚至可以用來減弱和特定記憶相關的不良情緒，從而緩解創傷後應激障礙、焦慮、抑郁或其他心理健康問題。
美國西北大學的記憶和睡眠研究專家肯·帕勒表示：「我希望能夠找到新的方法，幫助人們在早上起床時有一個愉悅的心情。」為了使這些方法更加實用和易於普及，研究人員正在開發一系列可以讓人們在家中使用的睡眠工程裝置。專家表示，某些裝置進入臨床還需要更多的時間，這種技術的潛在風險也需要我們保持警惕。
幹預記憶可能會產生意想不到的負面結果，比如引發的不穩定反而會阻礙學習。加利福尼亞大學洛杉磯分校的神經科學家吉娜·波說道：「我們（對這種技術）的了解還不夠深入，像一個蹣跚學步的孩子。我們可以走路，卻不知道自己要走去哪兒，也不知道該如何避免危險。」
2 睡眠與記憶
幾千年來，學者們一直猜測睡眠對記憶可能有所幫助。公元一世紀，古羅馬作家和教師馬庫斯·法比尤斯·昆體良寫道：「一晚睡眠會極大地增強記憶。」然而，這個過程的細節直到20世紀腦電圖（EEG）被發明後，才逐漸清晰起來。這種方法透過在受試者的頭皮安放電極，來記錄人類腦活動的電訊號。它催生了一系列研究，表明睡眠中的大腦會按照自己的生物電節律運轉。
我們的睡眠周期大約每90分鐘重復一次，一整夜的睡眠通常會經歷四到六個周期。第一個周期開始於淺睡眠時期，它包含兩個明顯的階段。在第二階段，神經元會產生一種被稱為「睡眠紡錘波」的電訊號——當科學家將其繪制成電壓隨時間變化的圖表時，這種訊號的形狀呈紡錘形，就像是纏繞在棍子上的羊毛。淺睡眠會逐漸過渡到深度的「慢波」睡眠時期，在這個階段中，紡錘波會持續存在，同時大腦中還會伴隨有節奏的慢速電訊號，疊加著高頻的「漣漪」訊號。在第四階段，也就是快速眼動睡眠階段，大腦神經元的活動則更接近於清醒狀態，人們通常會經歷奇特的夢境並出現情緒激動的體驗。
研究人員推測，睡眠期間的某些大腦活動可能有助於記憶形成。20世紀70年代，劍橋大學三一學院從事計算神經科學研究的戴維·馬爾提出了一套理論模型，探討大腦如何將新資訊與已有經歷整合。在這個模型中，海馬體（因其形狀類似海馬得名）在白天負責儲存新形成的記憶。但是這些記憶痕跡在剛形成、人還未入睡時比較脆弱，透過睡眠它們才會得到加強，然後轉移到大腦的新皮層（也就是大腦的外層皮質），與已有記憶整合在一起，長期儲存下來。
在1994年一項具有裏程碑意義的研究中，研究人員透過記錄大腦電訊號發現，海馬體在慢波睡眠期間會重現白天的神經活動來強化記憶。在該實驗中，當大鼠在清醒狀態下穿梭迷宮時，海馬體神經元之間展現出的活動模式反映了大鼠在迷宮中的位置。當大鼠入睡後，研究人員發現了相同的神經活動模式，就好像大腦正在排練穿過迷宮的路徑，以此加強相關記憶。10年後，科學家使用正電子發射體層成像技術（PET）獲得了人類在睡眠中重放記憶的證據——PET可以檢測血液流動，幫助科學家們觀測神經活動。他們發現，受試者白天在虛擬城鎮中學習行動路線時活躍的腦區，在晚上的深度睡眠中會被重新啟用，而這些區域的活躍程度與一個人記住這些路線的能力密切相關。
正如馬爾預測的那樣，海馬體的記憶重放對記憶鞏固至關重要。它對特定記憶進行標記並將其保存下來，同時逐漸淡化日常生活中的其他事件。睡眠的關鍵在於辨識出那些你不想忘記的記憶。
到了21世紀初，科學家已經認識到，深度睡眠中大部份波幅較大的腦電訊號（慢波振蕩）起源於大腦的決策中心——前額葉皮層。這種訊號像平靜海面上的波浪，在大腦中從前向後平穩傳播。對動物和癲癇患者（尤其是那些在大腦中植入電極以檢測癲癇發作的患者）的研究提示，睡眠期間還存在其他與記憶過程有關的神經節律。比如來自海馬體的漣漪波訊號也可能反映了記憶重放，這一訊號常常與來自丘腦的紡錘波的波谷疊加出現。當人清醒時，丘腦作為中繼站，將來自感覺器官的特定資訊傳送到大腦皮層進一步加工。但當人們睡著後，它會遮蔽大部份外界訊號，因此個體幾乎對周圍環境渾然不覺。有趣的是，吉娜·波的研究發現，睡眠中每分鐘產生的紡錘波數量與個體的學習能力有關。
此外，還有一個更為驚人的巧合，漣漪波和紡錘波都隨著慢波的起伏而上揚和下降。這種現象可能並非偶然，而是與人類演化息息相關。盡管如此，在研究者找到幹預這一過程的方法之前，大腦在睡眠期間對記憶進行分析和整合的證據仍然是間接的。目前任職於德國圖賓根大學的行為神經科學家揚·博恩想知道：「我們是否能夠操控這些睡眠波形？」他和當時在德國盧貝克大學的團隊發現，向睡著的受試者頭皮施加振蕩電流刺激，能夠增加慢波的振幅。他們在2006年發表的一篇論文中報告稱，這種操作增強了記憶。但是，電場在大腦褶皺結構中的變化幾乎是不可預測的。因此，團隊轉向了聲音刺激。博恩認為這種訊號的處理過程更為可靠，它利用我們的生物通道：耳朵。
研究人員在睡眠者的慢波進入到上升階段時，同步播放輕微的滴滴聲。只要向受試者播放一個晚上，這種聲音就能極大地增強慢波和紡錘波的振幅和持續時間。該團隊2013年報告稱，與僅經歷睡眠的對照組相比，這種幹預措施顯著提高了實驗組對120組配對單詞的記憶。這項研究直接將睡眠中的慢波振蕩與記憶聯系起來，並揭示了利用慢波睡眠來改善記憶的潛力。
「這是一個關於睡眠工程的想法，」帕勒提出：「我們能否讓這種生理過程執行得更有效？或者說，如果它的效果不夠好，我們能否進行調整，讓它更好地發揮作用？」隨著年齡增長，慢波會減弱，這可能解釋了衰老帶來的記憶衰退問題。那麽，增強慢波是否可以延緩記憶衰退？美國西北大學的神經學家羅尼爾·馬爾卡尼和菲莉絲·徐與帕勒等人合作，成功地利用聲音刺激增強了輕度認知障礙患者對詞組的記憶能力。他們的研究發現，聲音刺激提高了9名受試者中5人的記憶表現。
然而，這些幹預措施只持續了一晚。在實際套用中，抵禦記憶衰退很可能需要更長期的治療。理論上，在睡眠期間透過外科手術植入的電極刺激大腦，可以持續增強記憶。加利福尼亞大學洛杉磯分校的神經外科醫生伊查克·弗瑞德和同事在2023年發表的一項研究證明，科學家可以利用深部腦刺激來持續增強記憶。弗瑞德曾在重度癲癇患者的大腦中植入電極以檢測癲癇發作。不過，當這些患者處於睡眠且未發病狀態時，他會利用電極探測並改變他們的慢波振蕩。
在慢波上升期間，其中一個電極會發出電脈沖來增強「漣漪波、紡錘波和慢波的三重同步」，弗瑞德解釋道。結果顯示，所有在前一晚接受前額葉皮層電刺激的6個受試者，對圖片配對的記憶表現比未接受電刺激時更好。而且，他們記憶增強的程度與大腦電訊號模式的變化有關。「我們正在改變睡眠的結構，」弗瑞德說，「我們的目標是嘗試開發一種記憶輔助裝置或記憶神經義肢裝置」——類似於聽力障礙者使用的人工耳蝸。
3 記憶啟用
除了透過增強睡眠中大腦的電訊號來提升整體記憶表現外，科學家還發現了許多其他方法，但僅限於增強一段特定記憶。這類策略的首次嘗試利用了氣味。在博恩團隊2007年報告的一項研究中，當受試者學習去記住物體在網格中的位置時，會被要求嗅聞玫瑰的香味。隨後，一部份受試者會在睡眠時再次接觸這種玫瑰香味。結果發現，相比那些未在慢波睡眠階段接觸到氣味或僅在快速眼動睡眠階段接觸到氣味的人，在慢波睡眠中嗅到玫瑰氣味的受試者記憶表現有顯著提升。腦成像結果顯示，玫瑰氣味啟用了大腦海馬體的活動，進一步表明嗅覺刺激增強了相關記憶的重放。
兩年後，帕勒和同事發現利用聲音可以做類似的實驗。研究者讓受試者記住電腦螢幕上50個物體的位置，並在呈現物體圖片時播放對應的獨特聲音。例如，當受試者看到一張貓的圖片時會聽到喵喵叫聲，看到水壺時會聽到燒開水的鳴響聲。隨後，科學家在受試者午睡時播放了其中25個聲音。結果發現，受試者對午睡中播放了聲音的25個物體的空間位置記憶，好於沒有播放對應聲音的物體——如果受試者在午睡期間聽到水壺響聲而不是貓叫聲，受試者更能準確地回憶螢幕上的水壺位置，而不是貓的位置。
帕勒將該實驗範式命名為標靶記憶再啟用（TMR），它作為一種增強特定記憶的方式而受到學界關註。2022年，當時帕勒的研究生內森·惠特莫爾發現TMR能夠增強受試者對面孔和姓名的記憶，並且這種提升效應在慢波睡眠最長且不中斷的受試者中效果最好。帕勒認為，這種方法可以幫助有記憶問題的老年人記住對他們重要的事，比如他們孩子的姓名。
TMR還可以提高程式性記憶，這是諸如演奏鋼琴曲和籃球跳投得分等技能的基礎。人們在睡了一覺之後，能夠更快地執行此前習得的手指動作序列。如果在慢波睡眠期間重新啟用這段動作序列的記憶，例如播放學習每個手指動作時聽到的音調，那麽表現會進一步提高。
相似的方法還可以幫助中風患者加快康復。這些患者的基本動作因病受阻，在康復過程中需要每天重復練習。帕勒表示：「如果你想使用牙刷或拿起鹽罐，你需要選擇性地控制某些肌肉來完成該動作。」為了提高中風患者對肌肉的控制，美國西北大學的神經學家馬克·斯拉茨基開發了一個20世紀80年代風格的視訊遊戲。遊戲中，使用者需要控制一到兩塊肌肉，將滑鼠光標從螢幕中心移動到周圍的八個目標之一（當光標到達目標時，紅色方塊會變為綠色）。
在2021年的一項研究中，帕勒、斯拉茨基和同事發現，TMR可以提高受試者在這個遊戲中的表現。在移動光標瞄準目標時，20名健康的成年受試者會聽到一個獨特的聲音，比如貓叫聲、鼓聲或鐘聲。經過幾個小時的練習後，他們接著開始一段90分鐘的午睡。當受試者進入慢波睡眠時，會聽到部份練習中出現的聲音，這些聲音每隔五秒播放一次。醒來後的測試表明，受試者在完成該任務的速度、效率和肌肉選擇方面都有所提高，能夠更好地完成與午睡期間播放聲音相關的紅方塊目標的移動。帕勒、斯拉茨基和同事正在手臂行動不便的中風患者中測試這個程式，判斷它是否有效。
目前，前沿研究將聲音記憶線索與睡眠慢波同步播放，從而提升TMR的效率。威爾斯卡迪夫大學的神經科學家潘妮洛普·路易士認為：「播放觸發聲音的時機非常重要。」她和同事發現，這種技術可以提升人們對物體之間關系的學習能力（在她的例子中是6張照片的隱藏排序），但前提是只有當聲音線索在慢波的波峰播放時才有效。此外，英國牛津大學認知神經科學家伯恩哈德·斯塔雷辛納和埃塞克斯大學心理學家洪越·V.吳的研究表明，當特定聲音線索與慢波上升階段同步時，動詞-圖片關聯記憶可以得到顯著提高。此外，在此階段播放聲音線索能夠延長慢波的持續時間，並增加相關紡錘波的振幅。
幹預慢波睡眠還可以轉變與特定記憶繫結的不良情緒，具有提升心理健康的潛力。在一項2023年發表的研究中，香港大學認知神經科學家胡曉晴和同事利用TMR扭轉了一段記憶帶來的消極情緒，方法是在睡眠中將這段記憶與積極情緒詞匯建立聯系。他們先讓受試者將無意義假詞與給人帶來負面情緒的圖片聯系起來，形成不良記憶。然後在慢波睡眠期間，將無意義假詞（不良記憶線索）與積極情緒詞匯一起播放。這之後，受試者因不良記憶圖片產生的反感情緒較睡前有所減輕。與前一個研究相似，當積極情緒詞匯的播放時機與慢波振蕩的上升期一致時，扭轉情緒的效果更強。
4 夢的力量
慢波睡眠在記憶鞏固中的作用已經被大量研究證實，但快速眼動睡眠階段的功能還不夠明確。這一階段的夢境通常看起來不合邏輯，是因為控制著理性思維的前額葉皮層處於離線狀態，而控制視覺、運動和情緒的大腦區域仍然活躍。然而，一個新興理論認為，快速眼動睡眠期間經歷的紛繁夢境可以馴服與記憶相關的情緒，並幫助人們對發生在自己身上的事產生更廣泛的理解。
神經科學家馬修·沃克在2017年出版的【我們為何需要睡眠：解鎖睡眠和夢境的力量】一書中寫道：「快速眼動睡眠階段的夢境提供了一種隔夜療法。」他指出，「它能夠讓困境甚至創傷性情緒體驗帶來的痛苦感受更容易被接受。」在快速眼動睡眠期間，去甲基腎上腺素（一種驅動出汗、心跳加快和瞳孔擴張等恐懼反應的神經傳導物質）的水平會下降。因此，沃克和其他學者認為，在快速眼動睡眠期間浮現的記憶會與這些反應脫離，相關的情緒沖動也隨之解耦（創傷後應激障礙患者的去甲基腎上腺素水平仍然較高，因此噩夢會反復出現）。
如果這個理論是正確的，那麽引導人們在快速眼動睡眠期間重溫困難的經歷，可能有助於化解與之相關的不良情緒。在一項2021年的研究中，受試者將令人不快的圖片與特定聲音關聯起來後，在快速眼動睡眠期間接收了這些聲音記憶線索的刺激。結果，受試者醒來後認為這些圖片沒那麽令人討厭了。相比之下，在慢波睡眠期間接收聲音線索刺激的對照組未能產生相似結果。路易士認為，如果類似的方法能對人們的真實記憶起效，那它可能為治療抑郁癥或創傷後應激障礙提供新的途徑。
快速眼動睡眠階段的夢境，還可以透過潛意識學習來平息與事件相關的不良情緒。人們在夢境中通常不會夢到令人不安的事件本身，而是會夢到一個更溫和，但與令人不安事件相關的記憶，從而使他們下意識地將這兩種經歷聯系起來。斯蒂克高爾德舉了一個例子：如果他在白天經歷了一次險遭車禍的恐慌事件，他可能會夢到與兒子一起玩碰碰車。該夢境會幫助斯蒂克高爾德意識到，如果車禍真的發生，「可能也只是造成車身擋板的損壞。然而我對此的反應像是我剛剛僥幸在車禍中活下來，」他推測道，「因為與碰碰車相關的記憶讓我可能意識到，即使車禍發生也不會產生嚴重的後果。」
因此，快速眼動睡眠中的夢境可以提供一種新的視角。斯蒂克高爾德認為：「你需要讓大腦構建其夢境敘事，這樣才能評估我們對它的情緒反應。」TMR或許能被用於塑造這類夢境敘事，日內瓦的夢魘障礙研究小組強調了此類幹預的可能性。TMR還可以令傳統形式的心理治療更加有效。日內瓦大學的神經科學家、夢魘障礙研究的第一作者蘇菲·施瓦茨表示：「任何心理治療的目標都是改變行為、習慣和思維。因此它也是一種學習，使用TMR能夠增強這類學習的效果。」
5 隨時使用
大多數睡眠工程研究通常都會要求患者或受試者前往實驗室進行實驗，這限制了幹預的範圍和功效，因為人們通常不願長時間在實驗室中睡覺過夜。不過，牛津大學的認知神經科學家海迪·約翰森-伯格表示：「如果這項技術是可穿戴且便攜的，那麽它就有可能融入某個人的生活中。因此，即使一天幹預帶來的效果有限，我們也可以想象到，它的效果會隨著幹預時間的積累而顯著增加。」
可以在家使用的商業化裝置，可能是在睡眠期間增強治療效果的一個重要途徑。其中一項發明目前正在接受測試，人們想知道它是否具備增強言語記憶和加快中風康復的能力。這項發明包含一款收集運動和心率數據的智慧型手錶，以及一台能夠播放聲音的智慧型手機。其搭載的機器學習模型能夠辨識慢波睡眠，並在這段時間內播放TMR的聲音記憶線索。惠特莫爾和其他研究人員在一項2022年發表的研究中發現，只要聲音線索播放時足夠輕柔不至於幹擾睡眠，在家中連續使用三個晚上就能提高人們對物體位置的記憶能力。
在美國，醫生已經可以為患者開具一份手機應用程式處方，應對令人精疲力竭的噩夢。該應用程式利用人工智慧分析蘋果手表傳感器的生物測量數據，當傳感器檢測到與噩夢相關的心率上升和不安狀態時，智慧型手錶會啟動間歇性的輕柔震動，這可以擾亂夢境而不會喚醒正在睡覺的使用者。2023年發表的研究數據顯示，在一項針對65名因創傷引起噩夢的美國退伍軍人的試驗中，只要受試者在至少一半的試驗時間內佩戴該裝置，其睡眠品質就會顯著提高。
由麻省理工學院的亞當·哈爾·霍羅威茨及同事開發的手套式睡眠檢測器，也可能減少噩夢。該裝置透過接觸手腕和手部，監測使用者入睡後的生物學體征，它還可以連線到一個能夠給予語音提示（比如「樹」）的應用程式。最近的一項研究顯示，這能夠讓午睡者夢到樹，並增強他們在與樹相關的任務中的創造力。
6 前景與風險
盡管睡眠工程前景廣闊，但專家們也在警告記憶幹預存在的風險。「你的意識會越來越偏向那些大腦中被加強的記憶，」路易士表示，「如果每晚都這麽做，沒人知道這會導致怎樣的失衡。」此外，這些幹預措施也可能幹擾睡眠。例如，在惠特莫爾和帕勒的另一項研究中，當聲音線索的播放音量太大，記憶反而會變得更糟。「在我們準備好向公眾推薦睡眠工程之前，還有很多問題需要弄明白。」路易士說道。
與此同時，這些實驗為科學家帶來了對睡眠更為深刻的理解，其中既包含睡眠在記憶和情感中的作用，也展示了睡眠塑造人們對世界和自身看法的過程。「這就是夜晚的意義，」斯蒂克高爾德說道，「它將白天接收到的所有資訊與我們已經擁有的資訊融合在一起，幫助我們理解世界如何運轉，體悟人生意義何在。」
至少對於索尼婭來說，針對性的記憶再啟用結束了她夜間的夢魘。有一天晚上，她夢見自己被邀請參加一個小木屋派對。「有一個陽台可以看到群山，」她在夢境日記中寫道，「我們都走出去看日落。天空是深粉色的，天氣也非常好。突然間，我感覺到有人將手放在我的腰上……這個人拉著我的手，帶我來到陽台的中央，我們開始跳一支沒有音樂伴奏的舞。」
【環球科學】雜誌社供稿
【光明日報】（2024年05月23日 14版）
來源： 光明網-【光明日報】
