Hipoteza aktywacji-syntezy

Hipoteza syntezy aktywacji , zaproponowana przez psychiatrów z Uniwersytetu Harvarda , Johna Allana Hobsona i Roberta McCarleya , jest neurobiologiczną teorią snów opublikowaną po raz pierwszy w American Journal of Psychiatry w grudniu 1977 roku . zaobserwowano, a hipoteza sugeruje, że sny wynikają z aktywacji mózgu podczas snu REM. Od tego czasu hipoteza przeszła ewolucję, ponieważ technologia i sprzęt eksperymentalny stały się bardziej precyzyjne. Obecnie trójwymiarowy model zwany modelem AIM, opisany poniżej, służy do określania różnych stanów mózgu w ciągu dnia i nocy. Model AIM wprowadza nową hipotezę, że świadomość podstawowa jest ważnym budulcem, na którym zbudowana jest świadomość wtórna .

Wstęp

Dzięki postępowi technologii obrazowania mózgu cykl snu i czuwania można badać jak nigdy dotąd. Mózg można obiektywnie określić ilościowo i zidentyfikować jako znajdujący się w jednym z trzech stanów: czuwania , snu REM i snu NREM dzięki tym zaawansowanym metodom pomiaru. Wykazano, że następuje globalna dezaktywacja mózgu ze stanu czuwania do snu NREM, a następnie reaktywacja podczas snu REM w stopniu większym niż podczas czuwania. Świadomość i jej stany podrzędne, świadomość pierwotna i świadomość wtórna , odgrywają rolę w określaniu stanu mózgu. Świadomość podstawowa jest prostą świadomością percepcji i emocji ; to znaczy świadomość świata poprzez zaawansowane dotyczące koordynacji wzrokowej i ruchowej, które otrzymuje twój mózg. Świadomość wtórna to stan zaawansowany, który obejmuje zarówno świadomość pierwotną, jak i analizę abstrakcyjną, czyli myślenie, oraz metapoznawcze , czyli świadomość bycia świadomym. Większość zwierząt wykazuje pewne etapy świadomości pierwotnej, ale eksperymentalnie wykazano, że tylko ludzie doświadczają świadomości wtórnej. Cykl snu czuwania-NREM-REM ma zasadnicze znaczenie dla zdrowia psychicznego ssaków. Eksperymentalnie wykazano, że zwierzęta poddane niezdolności do wejścia w fazę REM wykazują natychmiastową próbę szybkiego wejścia w fazę REM i długoterminowy wpływ na koordynację ruchową i nawykowe nawyki ruchowe, co ostatecznie prowadzi do śmierci zwierzęcia. Wykazano również, że zwierzęta homeotermiczne mogą wymagać snu, aby utrzymać masę ciała i temperaturę.

Tło

przebudzenie

Świadomość na jawie to świadomość świata, naszych ciał i nas samych. Obejmuje to ludzi doświadczających świadomości bycia świadomymi siebie, wewnętrznej zdolności ludzi. To umiejętność spojrzenia w lustro i świadomość, że patrzysz na siebie, a nie tylko na drugiego człowieka. Bycie przebudzonym umożliwia rozróżnienie między zadaniami a domyślnymi stanami mózgu, a także rozróżnia przetwarzanie w tle i na pierwszym planie. Bycie przebudzonym pozwala osobie nie tylko być świadomym siebie i świata, ale także mieć świadomą koordynację ruchową i rozumieć różnicę między potrzebą a pragnieniem, która pochodzi ze świadomości wtórnej.

Różnica między snem a snem

Istnieje różnica między zwykłym snem a stanem umysłu zwanym śnieniem. Sen można opisać jako brak świadomej świadomości świata zewnętrznego, co oznacza, że ​​duże części mózgu, które odbierają i interpretują sygnały, są w tym czasie wyłączone, podczas gdy śnienie jest specyficznym stanem snu, w którym wykazano zwiększoną aktywność mózgu. , teoretyzowanie podstawowej świadomości może być aktywne podczas śnienia. Rzeczywiście, podczas snów jesteśmy świadomi naszego otoczenia i z pewnością doświadczamy pewnej percepcji i emocji w trakcie snu, co sugeruje, że przynajmniej część podstawowej świadomości jest aktywowana podczas snu.

Marzenie

Sen ma wszystkie cechy świadomości podstawowej, ale powstaje w mózgu bez zewnętrznej stymulacji. W przeciwieństwie do stanu czuwania mózg nie może rozpoznać własnego stanu; że jest w środku snu i nie jest tym samym, co prawdziwy świat. Mózg ma jednomyślny stan świadomości podstawowej podczas śnienia, co pozwala mózgowi osiągnąć większą percepcję i świadomość pojedynczego scenariusza z obrazów i snów. Nazywa się to świadomością snu.

Cztery etapy snu

Cztery etapy snu zostały zidentyfikowane w następujący sposób: faza zasypiania I, faza późnej nocy II oraz faza snu głębokiego III i IV. Etapy głębokiego snu III i IV występują w pierwszej połowie nocy, podczas gdy lżejsze etapy I i II występują w drugiej połowie. Podczas standardowych pomiarów laboratoryjnych snu stany snu i czuwania mają manifestację behawioralną , poligraficzną i psychologiczną w obrębie pnia mózgu mostu . Stany te są regulowane przez wzajemną zależność między dwoma typami komórek nerwowych, aminergicznymi komórkami hamującymi, takimi jak serotonina i noradrenalina , oraz cholinergicznymi komórkami pobudzającymi, takimi jak acetylocholina . Zmiany w fazach snu zachodzą, gdy krzywe aktywności tych neuronów przecinają się. Faza snu REM I to stan snu tuż powyżej i najściślej powiązany z początkiem snu w fazie I.

NREM

Sen NREM można opisać jako etapy snu, które wykazują znacznie zmniejszoną aktywność mózgu. Istnieją cztery różne fazy snu NREM. Mózg wykazuje przytępione lub ograniczone zmysły percepcji, chociaż wykazano, że proces myślowy jest logiczny i wytrwały. Podczas tych etapów występują epizodyczne ruchy ciała, chociaż są to ruchy mimowolne.

REM

Sen REM jest ewolucyjnie niedawnym zachowaniem ludzi. REM oznacza szybki ruch gałek ocznych. Jest to najgłębszy sen, w jaki może wejść ssak. Jest regulowany przez pień mózgu mostu. Niemowlęta spędzają większość czasu w fazie snu REM i zamiast wchodzić w fazę 1 snu, przechodzą bezpośrednio do snu REM. Większość snu REM występuje tuż powyżej fazy I snu i doświadcza innych zdolności umysłowych niż podczas snu NREM. Proces myślowy jest nielogiczny i często dziwaczny, odczucia i percepcja są żywe, ale tworzone wewnętrznie przez mózg, a ruchy ciała są zahamowane. Większość etapów REM trwa 10-15 minut, a przeciętny człowiek przechodzi przez 4-6 z tych etapów podczas snu każdej nocy. Kolejne fazy REM wydłużają się, dlatego ostatnia faza REM przed przebudzeniem jest najdłuższa i najbardziej wyrazista. Podczas snu REM mózg wykazuje zwiększone stany minimalnego zahamowania, co pogarsza naszą zdolność rozpoznawania stanu, w którym się znajduje; sen. Zaproponowano, że sen REM jest niezbędny do przygotowania wielu funkcji integracyjnych, z których jedną jest świadomość. Potwierdza pogląd, że sen i śnienie są niezbędnym przygotowaniem do procesów następnego dnia. Naukowe śledzenie faz snu REM można mierzyć za pomocą sygnałów neuronalnych w pniu mózgu mostu. Można zmierzyć interakcje między aminergicznymi neuronami hamującymi i cholinergicznymi neuronami pobudzającymi, a sen REM występuje, gdy komórki aminergiczne są co najmniej aktywne, a komórki cholinergiczne są najbardziej aktywne.

Ewolucja REM

Stwierdzono, że sen REM jest niedawnym zachowaniem ewolucyjnym zwierząt homeotermicznych. W obu przypadkach sen REM we wczesnych stadiach życia jest wydłużony. U ludzi szczyt snu REM przypada na trzeci trymestr ciąży i szybko spada po urodzeniu, gdy świadomość podstawowa zanika, a świadomość wtórna rośnie wraz z rozwojem mózgu. Rozwijająca się kontrola nad etapami snu i czuwania sugeruje, że sen i faza REM rozwinęły się jako sposób na samoczynną aktywację w celu przewidywania okoliczności stanu czuwania.

Modelowanie neuronowe

W obrębie mostu modelowanie i śledzenie tych aminergicznych neuronów hamujących i cholinergicznych neuronów pobudzających odbywa się poprzez badanie fal PGO . Są to fale fazowe, które występują w cyklach i pochodzą z pnia mózgu mostu (P), kolankowatego bocznego wzgórza ( G) i kory potylicznej (O). Aminergiczne monoaminy serotonina, noradrenalina , histamina i dopamina są zrównoważone między sygnałami acetylocholiny cholinergicznej i odgrywają rolę w regulacji funkcji poznawczych. Siła sygnału komórek aminergicznych jest najniższa podczas snu REM, wzrasta podczas NREM i jest najwyższa podczas czuwania. Siła sygnału komórek cholinergicznych jest najwyższa podczas fazy REM, spada podczas fazy NREM i jest najniższa podczas czuwania. Zmiany stanu i fazy snu występują, gdy krzyżują się dwie ścieżki aktywności.

Teoria

Rozwój świadomości jest stopniowym, czasochłonnym i trwającym całe życie procesem, który opiera się na bardziej prymitywnym generatorze rzeczywistości wirtualnej i jest bardziej możliwy do zdefiniowania w naszych snach. W związku z tym rozwój świadomości wtórnej w ciągu życia wymaga pustej świadomości, która podczas snu REM tworzy wyimaginowane ja, które porusza się i doświadcza emocji. Jest to stan eksperymentalny niezwiązany ze świadomością, a ten stan, czyli protoświadomość, można osiągnąć w dzieciństwie. Ta protoświadomość jest protojaźnią stworzoną we wczesnym okresie życia przez mózg jako element budulcowy dla rozwoju świadomości i zapewnia wewnętrzne przewidywania zewnętrznych danych wejściowych tworzonych przez śnienie.

Oryginalny model hipotezy aktywacji i syntezy

Hobson i McCarley pierwotnie zaproponowali w latach 70. XX wieku, że różnice w cyklu snu NREM-REM w fazie czuwania były wynikiem interakcji między aminergicznymi komórkami REM-off i cholinergicznymi komórkami REM-on. Zostało to odebrane jako model aktywacji-syntezy, stwierdzający, że aktywacja mózgu podczas snu REM powoduje syntezę tworzenia snów. Pięć głównych cech Hobsona to: intensywne emocje, nielogiczna treść, pozorne wrażenia zmysłowe, bezkrytyczna akceptacja wydarzeń ze snu oraz trudność w zapamiętywaniu.

Obecny model – AIM

Dzięki rozwojowi technologii od czasu pierwotnej propozycji zebrano nowe dane eksperymentalne i opracowano dodatkowe mechanistyczne szczegóły kontroli neuronalnej. Ustalono, że stany świadomości można opisać trzema wartościami, a model AIM jest modelem, który wykorzystuje te wartości do przedstawiania podobieństw i różnic między jawą a snem. Jest to trójwymiarowy przestrzeni stanów , który opisuje różne stany mózgu i ich zmienność w ciągu dnia i nocy. Składa się z trzech różnych wartości: A – aktywacja, I – bramkowanie wejście-wyjście i M – modulacja. Model jest jednak ograniczony, ponieważ nie może jeszcze wyjaśnić regionalnych różnic w aktywności mózgu, które odróżniają fazę REM od czuwania. Inne ograniczenia obejmują niezdolność do ilościowego zidentyfikowania i zmierzenia M u ludzi. Podczas czuwania i aktywacji świadomości pierwotnej i wtórnej obserwowano wysokie wartości A, I i M, natomiast podczas snu REM obserwowano wysokie wartości A, ale niskie I i M.

Protoświadomość

Protoświadomość jest szablonem świadomości, która pojawia się podczas snu i na której mogą być konstruowane inne świadome procesy mentalne. Mówi się, że we wczesnym dzieciństwie ta protoświadomość jest miejscem, w którym drugorzędne aspekty świadomości są pierwotnie rozwijane i testowane przez świadomość pierwotną, a osoba może powoli rozwijać zwiększoną świadomość drugorzędną przez całe życie, w miarę jak ich protoświadomy szablon jest dalej rozszerzany, rozwijany i tworzy bardziej żywe idee i reprezentacje świadomości wtórnej.

Aktywacja (A)

Duże części mózgu, które są aktywowane i wysyłają sygnały podczas czuwania, są nieaktywne podczas snu NREM i reaktywowane podczas snu REM. Opiera się na fakcie, że mózg i jego obwody nerwowe są plastyczne i samoregulujące, zwłaszcza w zakresie własnej aktywacji i dezaktywacji. Zaobserwowano to w dwóch eksperymentach: rozwój senności po zniszczeniu neuronów dopaminowych w istocie czarnej w śródmózgowiu oraz odkrycie siatkowatego układu aktywującego , który jest wizualnym sygnałem odbieranym przez nasze oczy i do mózgu, który rozpoczyna proces budzenia się, ta budząca się świadomość zależy sen. Po tych badaniach stało się jasne, że poziomy aktywności i jakość świadomości były funkcjami aktywacji i dezaktywacji mózgu.

Bramkowanie wejście-wyjście (I)

Wykazano, że wewnętrzna aktywacja mózgu jest związana z hamowaniem zarówno zewnętrznego wejścia czuciowego, jak i wyjścia motorycznego. Oznacza to, że mózg jest aktywnie utrzymywany w trybie offline podczas fazy REM, a pień mózgu gwarantuje koordynację czynników I i A poprzez kontrolę bramki wejścia-wyjścia w pniu mózgu. Fale PGO odgrywają rolę w zdolności mózgu do pozostawania w stanie uśpienia, będąc budulcem percepcji i precyzyjnej kontroli motorycznej poprzez ich fazową koordynację. W związku z tym zaproponowano wykorzystanie sygnałów PGO do konstruowania wizualnych obrazów snów.

Modulacja (M)

Uwalnianie neuromodulatora przez neurony aminoergiczne ma szeroki wpływ chemiczny na mózg; instruują inne neurony, aby zachowywały lub odrzucały zapis informacji, które przetworzyły. Mechanika modulacji nie jest obecnie znana, a modulacja nie została jeszcze zidentyfikowana ilościowo. Jakościowo wykazano, że modulacja aminergiczna jest silna podczas czuwania, ale słabsza podczas snu, ale należy przeprowadzić więcej badań. Z dyscypliny neuronauki obliczeniowej wyłoniły się liczne badania , które wspierają model AIM. W szczególności teoria Metalearning opisuje, w jaki sposób te neuromodulatory ułatwiają dynamiczne uczenie się, poprzez serię modeli interpretacyjnych, z których wszystkie są zgodne z modelem AIM.

Implikacje

Trójwymiarowy model AIM pokazuje, że podczas cyklu stanów mózgu czuwania-NREM-REM, mózg nieustannie się dynamicznie zmienia, a ta przestrzeń stanów opisana przez AIM ma nieskończoną liczbę podregionów innych niż trzy główne. Sugeruje, że poprzez protoświadomość aktywacja mózgu podczas snu jest niezbędna do rozwoju i utrzymania świadomości na jawie oraz innych funkcji mózgu wyższego rzędu, takich jak rozwiązywanie problemów. Sugeruje to możliwość, że stan świadomości na jawie występuje tylko u ludzi z powodu ewolucji rozległych struktur korowych w mózgu. Śnienie jest stanem mózgu, który jest podobny do świadomości na jawie, ale różni się od niej, a interakcja i korelacja między nimi jest niezbędna do optymalnego działania obu. W jednym z badań mierzących aktywność mózgu za pomocą EEG wykorzystano model AIM Hobsona, aby wykazać, że ilościowo świadomość snu jest niezwykle podobna do świadomości na jawie.