Net als eilanden die uit het gladde oppervlak van de oceaan steken, doordringen dromen onze slaap met onsamenhangende episodes van bewustzijn. Waar deze flarden gedachten verschijnen in een slapend brein - deze vraag heeft wetenschappers en filosofen lange tijd verontrust. Al decennia lang hebben wetenschappers dromen gekoppeld aan Rapid Eye Movement (REM), wanneer het rustende brein paradoxaal genoeg hoogfrequente hersengolven produceert die sterk lijken op die geboren tijdens waakzaamheid.
En toch zien we dromen niet alleen tijdens REM. Verschillende bizarre onderzoeken hebben tekenen van dromen gevonden tijdens niet-REM-slaap, wanneer langzame golfactiviteit heerst in de hersenen - het tegenovergestelde van een angstige, actieve, bewuste toestand. En dus, dankzij onderzoek dat is gepubliceerd in Nature Neurosciece, lijken we begonnen te tasten naar een antwoord op een boosaardig dilemma.
Door zorgvuldig de hersengolven van de slapende vrijwilligers te volgen, heeft een team van wetenschappers van de Universiteit van Wisconsin een lokale 'hotspot' in de hersenen vastgesteld die wordt geactiveerd wanneer we slapen, ongeacht de slaapfase waarin de persoon zich bevindt.
"Je kunt de handtekening van het slapende brein echt identificeren", zegt studieauteur Dr. Francesca Siclari.
Bovendien kon een groep wetenschappers met behulp van een algoritme dat was ontwikkeld op basis van haar waarnemingen, nauwkeurig voorspellen wanneer een persoon slaapt, met een nauwkeurigheid van 90% en meer …
… en hier is de meest interessante …
… Om de inhoud van dromen globaal te analyseren.
"We ontdekten dat het slapende brein en het wakende brein veel meer op elkaar kunnen lijken dan gedacht", zegt Siclari.
Promotie video:
Dit onderzoek opent niet alleen de deur naar droommodellering voor PTSD-therapie, maar het kan wetenschappers helpen een aanwijzing te vinden voor het mysterie van bewustzijn.
"Het belang van dit artikel is verbazingwekkend", zegt dr. Mark Blagrov van de Swansea University in Wales, die niet bij het onderzoek betrokken was.
Slaap anatomie
Tijdens een volledige nachtrustcyclus doorlopen we verschillende stadia die worden gekenmerkt door onderscheidende hersenpatronen. Wetenschappers gebruiken vaak EEG's om elke slaapfase nauwkeurig vast te leggen, waarbij 256 elektroden op de schedel van een persoon worden geplaatst en vervolgens het aantal en de grootte van hersengolven met verschillende frequenties worden gevolgd.
Als we in slaap vallen, vertonen onze hersenen activiteit met een lage frequentie die zich over het hele oppervlak verspreidt. Deze golven geven aan dat neuronen zich in een "rusttoestand" bevinden en niet kunnen communiceren tussen hersengebieden - daarom wordt laagfrequente activiteit vaak geassocieerd met bewustzijnsverlies.
Deze langzame fluctuaties in niet-REM-slaap vertalen zich uiteindelijk in hoogfrequente activiteit, wat de overgang naar snelle oogbewegingen signaleert. Deze slaapfase wordt vaak geassocieerd met levendige dromen - en dit verband is zo diep geworteld in slaaponderzoek dat gevallen van droomloze RHD- of niet-REM-slaap vaak als eigenaardigheden werden genegeerd.
Het blijkt dat deze vreemde gevallen ons erop wezen dat ons huidige begrip van de neurobiologie van slaap onvolledig is.
Dromenvangers
Om deze paradoxale resultaten te heroverwegen, volgden Siclari en haar team de hersenactiviteit van 32 vrijwilligers met behulp van EEG en maakten ze met willekeurige tussenpozen 's nachts wakker. De wetenschappers vroegen de slaperige deelnemers vervolgens of ze van iets droomden, en zo ja, wat ze precies droomden. In totaal gebeurde dit 200 keer per nacht.
Maar in plaats van een wereldwijde verschuiving in activiteit te zien die verband houdt met slaap, waren de wetenschappers verrast toen ze een gebied van de hersenen achter in het hoofd ontdekten dat dynamisch zijn activiteit verschoof op basis van opkomende dromen.
Dromen werden in verband gebracht met een afname van laagfrequente golven in de "hete zone" en met een toename van hoogfrequente golven, als gevolg van hoge snelheden van neurale activeringen en hersenactiviteit. Het was een soort ontwaken, onafhankelijk van het slaapstadium of algemene hersenactiviteit.
"Alle aanwijzingen zijn dat er zeer beperkte, goed gedefinieerde hersenactivering nodig is om bewuste ervaring te genereren", zegt Siclari. "Tot nu toe dachten we dat grote delen van de hersenen geactiveerd moesten worden om bewuste ervaringen te genereren."
Het is logisch dat de hete zone tijdens de slaap verbinding maakt met de actie. Eerder werk heeft aangetoond dat het stimuleren van deze gebieden van de hersenen met een elektrode het gevoel kan creëren dat je 'in een parallelle wereld' bent. Deze hot zone bevat ook gebieden die sensorische informatie integreren om een virtueel model van de wereld om ons heen te bouwen. Dit soort simulatie legt de basis voor veel van onze denkbeeldige werelden, en deze hete zone is hiervoor zeer geschikt”, zeggen de auteurs.
Als een actieve hot zone in feite een 'slaapsignatuur' is, moet de activiteit ervan kunnen bepalen of iemand op een bepaald moment slaapt. De auteurs hebben een algoritme gemaakt op basis van hun resultaten en de nauwkeurigheid ervan getest op een specifieke groep mensen.
"We maakten ze wakker wanneer het algoritme ons vertelde dat ze sliepen, 84 keer in totaal", schrijven de onderzoekers.
In totaal vertoonde dit algoritme een nauwkeurigheid van 90 procent bij het analyseren van de aanwezigheid van slaap - zelfs in gevallen waarin de deelnemers zich de inhoud van hun dromen niet konden herinneren, maar zeker wisten dat ze sliepen.
Dromen lezen
Omdat de hete zone gebieden bevat die visuele informatie verwerken, vroegen de wetenschappers zich af of het mogelijk was om toegang te krijgen tot de inhoud van de dromen van de proefpersonen met behulp van EEG-metingen.
Dromen kunnen uiterst tastbaar zijn, met gebeurtenissen die zich ontvouwen, of volledig abstract, zoals vrije fantasie, zeggen wetenschappers. Gezichten, plaatsen, bewegingen en spraak zijn allemaal bekende componenten van dromen die worden verwerkt door gemakkelijk herkenbare delen van de hete zone, dus besloten de onderzoekers zich op die aspecten te concentreren.
Het is opmerkelijk dat de vrijwilligers die vertelden wat ze in hun dromen vertelden activiteit lieten zien in de hersengebieden die verantwoordelijk zijn voor spraak; en degenen die van mensen droomden, toonden activiteit in centra voor gezichtsherkenning.
"Dit suggereert dat dromen alle dezelfde hersengebieden gebruiken als bewuste ervaringen tijdens het ontwaken voor bepaalde inhoud", zegt Siclari, erop wijzend dat eerder onderzoek dit alleen kon aantonen in de "schemerzone", de overgang tussen slaap en waakzaamheid.
Ten slotte zijn wetenschappers geïnteresseerd in wat er gebeurt als we slapen, maar herinneren ze zich de specifieke details niet. Het bleek dat deze vreemde toestand een aparte EEG-handtekening heeft: het onthouden van slaapdetails ging gepaard met een uitbarsting van hoogfrequente activiteit in de voorste hersengebieden.
Interessante vragen zijn bijvoorbeeld de voorhoofdskwabben van de hersenen die verantwoordelijk zijn voor lucide dromen, een bijzondere toestand wanneer mensen begrijpen dat ze slapen en de inhoud van de slaap kunnen veranderen.
Leven ontwaken
Wetenschappers kunnen nog niet uitleggen wat de hete zone tijdens de slaap activeert, maar de antwoorden kunnen ons vertellen of slaap een biologisch doel heeft, bijvoorbeeld door herinneringen te verwerken tot grote concepten van de wereld.
Het in kaart brengen van de activiteit van het slapende brein kan ook leiden tot manieren om onze dromen direct te manipuleren met behulp van niet-invasieve procedures zoals transcraniële stimulatie. Slaapinductie kan mensen met slapeloosheid helpen, en het verstoren van een verstoorde slaap kan PTSS-patiënten helpen om beter te slapen.
Dr. Giulo Tononi, hoofdauteur van de studie, is van mening dat de implicaties van deze studie veel verder gaan dan alleen slapen.
“We konden vergelijken hoe het slapende brein zich gedraagt versus het wakende brein. Dit onderzoek kan een waardevol model zijn voor de studie van bewustzijn”, zegt hij.
ILYA KHEL
