Świadome śnienie z punktu widzenia neurobiologii

W snach występujemy zazwyczaj w roli głównego bohatera lub obserwatora. Jesteśmy uczestnikami lub świadkami dziwacznych i nielogicznych wydarzeń, nie zawsze uporządkowanych w przestrzeni lub czasie, co mimo wszystko nie robi na nas żadnego wrażenia. I chociaż wszystkie pojawiające się we śnie elementy otoczenia, postacie i sytuacje powstają w wyniku pobudzenia ośrodków sensorycznych kory mózgu, swoistych dla poszczególnych rodzajów modalności (zmysłów), pobudzenia te mają swoje źródło wewnątrz mózgu, są one zatem iluzją, wytworem naszej wyobraźni. A nam się cały czas wydaje, że to rzeczywistość.......

Czasami zdarza się, że w jakiś sposób odzyskujemy świadomość tego, że śnimy. Zazwyczaj w takiej sytuacji mówimy sobie, że „to jest sen” i od tego momentu, o ile pod wpływem silnych emocji nie obudzimy się, całą wyimaginowaną rzeczywistość mamy „dla siebie” – ponieważ wiemy już, że to jest sen a nie rzeczywistość, możemy sobie pozwolić na dużo więcej niż w świecie realnym, gdyż nie grożą nam żadne konsekwencje. Przecież to tylko sen.

Świadome sny (ang. lucid dreams, LD), czyli sny, w których osoba śniąca zdaje sobie sprawę z tego, że śni, są znane od czasów starożytnych. Pisał o nich zarówno Arystoteles jak i św. Augustyn, ale świadome sny były także dobrze znane i kultywowane przez buddystów tybetańskich w VIII wieku naszej ery. Pierwszy raz zwrotu „rêve lucide” oznaczającego w języku francuskim „jasny sen” użył w roku 1867 The Marquis d’Hervey de Saint-Denys, a Frederik van Eeden w roku 1913 opisał w swojej książce „A study of dreams” sny, w których zdajemy sobię sprawę z tego, że śnimy i że sen jest wytworem naszej własnej wyobraźni, określając je po raz pierwszy terminem „lucid dreams”.

Dopiero w drugiej połowie lat siedemdziesiątych, niezależnie w Anglii i Stanach Zjednoczonych, Keith Hearne i Stephen LaBerge potwierdzili istnienie świadomych snów, wykorzystując komunikację pomiędzy osobą śniącą a eksperymentatorem za pomocą ruchów gałek ocznych, a później także i za pomocą zaciskania dłoni (p. niżej).

Tak zwany elektrookulogram (EOG) pozwala na rejestrowanie wraz z zapisem elektroencefalograficznym (EEG) potencjałów wytwarzanych przez mięśnie gałki ocznej, z kolei elektromiogram (EMG) umożliwia rejestrację czynności elektrycznej mięśni. Dzięki temu za pomocą wcześniej ustalonych znaków, osoba badana (śniąca) może po uświadomieniu sobie, że śni zasygnalizować ten lub inny moment we śnie, stosując jako znak albo określoną sekwencją ruchów gałek ocznych w kierunkach lewym (L) i prawym (P) albo zaciskaniem dłoni. Okazało się bowiem, że istnieje wysoka korelacja pomiędzy zarejestrowaną aktywnością mięśni gałek ocznych lub mięśni przedramienia z ruchami odpowiadających im części ciała, wykonywanymi świadomie przez osoby śniące w trakcie trwania snu. Metody te, a w szczególności ruchy gałek ocznych, stanowią obecnie główną metodę weryfikacji pojawienia się świadomości podczas snu u osoby badanej. 

Niedługo po tym odkryciu udowodniono, że świadome śnienie jest umiejętnością, której można się wyuczyć i ją rozwijać. Jak się okazało, nawet zwykłe powtarzanie przed snem, że „dziś będę miał świadomy sen” zwiększa szanse na jego wystąpienie (tzw. priming, o czym później), a robienie tak zwanych testów rzeczywistości (ang. reality test, RT), pozwala na wyrobienie sobie nawyków, których stosowania nie przestaniemy nawet podczas snów, a które będą nam przypominały o tym, żeby zastanowić się nad tym, czy aby nie śnimy w danej chwili. Na przykład, jeżeli ktoś założy sobie, że za każdym razem gdy w stanie czuwania spojrzy na zegarek, zada sobie pytanie „czy to jest sen”, zachowanie to po jakimś czasie zacznie występować mimo woli podczas snów, a wtedy może być doskonałym bodźcem do tego, aby uświadomić sobie, że to jednak jest sen.

Zwykły sen jest zjawiskiem świadomym; podczas snu często jesteśmy świadomi tego co się dzieje (posiadamy tzw. świadomość pierwotną /percepcyjną, primary awareness/ czyli świadomość obiektów i wydarzeń – np. świadomość tego, że na gałęzi siedzi ptaszek). Zazwyczaj wiemy też, że jesteśmy sobą (samoświadomość) – o ile akcja snu rozgrywa się z punktu widzenia osoby pierwszej – lub mamy świadomość swojego istnienia. Wszystko jednak traktujemy jak rzeczywistość i aby sobie z tego zdać sprawę, aby uświadomić sobie, że „to jest sen”, musi nastąpić pewna zmiana w funkcjonowaniu naszego mózgu, dzięki której „poziom świadomości” wskoczy na wyższy szczebel. Wtedy nie tylko będziemy sobie zdawać sprawę tego co się dzieje wokół nas, ale też z tego, że to co się dzieje wokół nas jest tylko snem. Ta tak zwana meta-świadomość /meta-awareness/ jest świadomością posiadania świadomości pierwotnej, inaczej świadomością introspekcyjną, metapoznawczą, w której zdajemy sobie sprawę z przebiegu własnych stanów psychicznych i procesów intelektualnych.

Sen składa się z dwóch głównych faz: NREM i REM. Faza NREM podzielona została na 4 stadia, klasyfikowane na podstawie aktywności elektrycznej struktur korowych. W stanie czuwania przeważają fale o niskiej amplitudzie i szybkiej oscylacji powyżej 25 Hz, fale β, występujące w przedniej części czaszki, a w stanie pobudzenia psychicznego rejestrowane są także z okolicy potylicznej. Zapis ten nazywany jest zdesynchronizowanym. W momencie odpoczynku i relaksu przy zamkniętych oczach pojawiają się fale α o niższej częstotliwości ok. 8-13 Hz i zmiennej amplitudzie, średnio ok. 50 µV. W pierwszym stadium snu NREM następuje dezorganizacja rytmu β i pojawiają się fale theta (3-7 Hz). W stadium drugim wzrasta synchronizacja EEG, mająca postać wrzecion (rytmiczne potencjały o charakterystycznej amplitudzie oscylacji i częstotliwości 11 -16 Hz) oraz pojawiają się tzw. zespoły K (krótki potencjał wysoko amplitudowy i następująca po nim pojedyncza fala wolna). W stadium 3 pojawiają się fale delta o częstotliwości 1-4 Hz i wysokiej amplitudzie, których liczba stopniowa ulega zwiększeniu, obejmując cały zapis EEG w stadium 4. Stadia 3 i 4 fazy NREM określane są jako sen wolno-falowy. Po fazie NREM pojawia się faza REM (ang. rapid eye movement), początkowo nazywana snem paradoksalnym, gdyż zapis EEG jest niemal identyczny z tym, jaki obserwuje się podczas stanu czuwania.

Taki cykl (NREM-REM) trwa około 90 minut i pojawia się w ciągu nocy około 4-5 razy, przy czym za każdym razem faza REM ulega wydłużeniu, a zazwyczaj po drugim/trzecim cyklu zanikają okresy 3 i 4 fazy NREM. Według najnowszego podręcznika do klasyfikacji stadiów snów (2007) stadia 3 i 4 stadium NREM zostały zlane w jeden i nazwane N3, z klei okresy 1 i 2 nazwano odpowiedno N1 i N2. stadium REM oznaczono literą R.

Początkowo uważano, że sny są atrybutem fazy REM. Obecnie wiadomo, że sny pojawiają się nie tylko w fazie REM, ale także w innych stadiach fazy NREM. Podobnie, najwięcej snów świadomych notowano podczas snu REM, a w szczególności podczas aktywacji fazowej. Sam sen REM dzieli się bowiem na toniczny i fazowy. Toniczny sen REM charakteryzuje się desynchronizacją zapisu EEG, zwiększoną aktywnością w hipokampie i pojawieniem się rytmicznych fal theta, natomiast podczas fazowego snu REM obserwuje się między innymi wzrost aktywności mózgu wyrażony zwiększonym przepływem mózgowym krwi, spadkiem aktywności α w obszarze potylicznym (a wiadomo, że spadek aktywności rytmu fal α generalnie wiązany jest ze wzrostem ogólnej aktywności mózgu) i zwiększoną aktywnością ciała migdałowatego. Podczas tego okresu obserwowane są również szybkie ruchy gałek ocznych.

Badania laboratoryjne nad świadomymi snami prowadzone są dopiero od ok. 30 lat. Osoba badana spędza zazwyczaj noc w laboratorium, będąc podłączoną do polisomnografu. Urządzenie to rejestruje aktywność EEG, ruchy gałek ocznych i aktywność elektryczną innych mięśni, dodatkowo rejestrowane są takie parametry jak bicie serca, zmiany ciśnienia krwi, parametrów oddechowych czy przewodnictwo elektryczne skóry. W momencie uzyskania świadomości osoba badana daje umówiony znak, dzięki czemu wiadomo, kiedy miało miejsce rozpoczęcie snu świadomego. W takim śnie można ponadto wykonywać ustalone z góry czynności, których początek i koniec również można sygnalizować odpowiednimi znakami, co umożliwia na przykład badanie psychofizjologicznych korelatów wysiłku fizycznego lub umysłowego podczas snu, albo badanie elektrofizjologicznych cech funkcji poznawczych podczas świadomego śnienia. Inicjowanie świadomości może obywać się na drodze komunikacji eksperymentator –śniący, poprzez emitowanie błysków światła w fazie REM, które zostają inkorporowane do snu i mogą być zauważone przez śniącego. Wtedy mogą zostać skojarzone i osoba śniąca ma szanse zdać sobie sprawę z faktu, że śni.

Jedne z pierwszych badań naukowych nad świadomymi snami (Laberge i in. 1981) wykazały, że zjawisko to rozpoczyna się zazwyczaj w ciągu dwóch minut od rozpoczęcia fazy REM lub w fazie REM występującej tuż po chwilowym przebudzeniu. Połowa świadomych snów skojarzona została z aktywnością fazową REM. Wszystkie te spostrzeżenia posiadają wspólną cechę, mianowicie związane są z podwyższoną aktywacją korową.

Kolejne badania miały na celu zmapowanie rozmieszczenia aktywności fal mózgowych podczas świadomego śnienia W pilotowym badaniu rejestrowano aktywność kory z 28 elektrod rozmieszczonych na czaszce wg systemu 10-20, badając różne częstotliwość EEG podczas okresów przed i po rozpoczęciu świadomego śnienia u jednego badanego (5 snów). Najciekawsze obserwacje dotyczyły  fal α 8-13 Hz gdzie spadek aktywności fal α zaobserwowano w tylniej lewej półkuli, podczas pierwszych 30 sekund świadomości. Jest to zgodne ze wcześniejszymi obserwacjami u kilku innych osób, dotyczących stosunków aktywności α pomiędzy lewą a prawą półkulą, gdzie znaleziono jedynie różnicę polegającą na spadku aktywności α w lewym obszarze ciemieniowym, na początku świadomego śnienia. Obniżona aktywność fal α jest ogólnie kojarzona ze wskaźnikiem wzrastającej aktywności mózgu.

W innym badaniu LaBerge i Dement (1982) zainspirowani doniesieniami na temat zależności funkcji poznawczych od lateralizacji aktywności EEG fal α, przeprowadzili eksperyment demonstrujący możliwość uzyskania podobnych wyników podczas świadomego śnienia. Badaniom poddano dwa zadania: śpiewanie i liczenie (podczas snu świadomego), a fale pasma α EEG odczytywano za pomocą elektrod rozmieszczonych w obrębie prawego i lewego płata skroniowego, podczas gdy osoby badane (n=4) śpiewały i odliczały podczas 10-sekundowych interwałów czasowych, podczas świadomych snów, sygnalizując początek i koniec każdego z wykonanych zadań odpowiednią konfiguracją ruchów gałek ocznych. Wyniki tych badań podtrzymują hipotezę o lateralizacji aktywności fal α: prawa półkula była bardziej aktywna podczas śpiewania, podczas gdy lewa podczas liczenia. Zaobserwowane różnice przypominały te występujące podczas śpiewania i liczenia na jawie. Odwrotnie, w warunkach kontrolnych z wyobrażaniem sobie tych czynności, nie obserwowano różnic pomiędzy obiema półkulami. Ze względu na małą liczbę badanych kwestia lateralizacji aktywności fal α podczas świadomego śnienia pozostaje wciąż jednak kwestią otwartą.

Badano również związek pomiędzy wykonywanymi czynnościami ruchowymi a aktywacją określonych obszarów kory motorycznej mózgu. Erlacher, Schredl i LaBerge (2003) przeprowadzili doświadczenie, w którym badali aktywację obszarów kory motorycznej podczas zaciskania lewej lub prawej pięści podczas LD. Przy liczeniu (kontrola) kora ta nie ulegała aktywacji, natomiast przy wykonywaniu czynności motorycznych, poziom aktywności α rejestrowany znad obszarów kory motorycznej (C3, Cz, C4) ulegał spadkowi. Autorzy uważają, że wynik ten podtrzymuje hipotezę, że wykonywanie czynności motorycznych podczas świadomego śnienia wykorzystuje te same obszary korowe co podczas czuwania.

W badaniach elektrofizjologicznych nad świadomym śnieniem wykorzystano także tzw. potencjały wywołane. Potencjały wywołane związane z wydarzeniami poznawczymi są to zmiany napięcia elektrycznego wywołane procesami przetwarzania informacji. Są one wyrazem emocjonalnej lub intelektualnej reakcji na bodziec, nieoczekiwaną zmianę jego parametrów lub nawet niespodziewany brak bodźca. Fala P300, inaczej załamek P3a, jest już właściwie nazwą własną załamka, powstającego wtedy, gdy wśród serii standardowych bodźców rozpoznany zostanie bodziec wyróżniony. P300 występuje tez po bodźcu wymagającym podjęcia decyzji, lub bodźcu nietypowym lub przy braku oczekiwanego bodźca. P300 jest dodatnią falą o największej amplitudzie rejestrowanej w odprowadzeniach z linii środkowo-ciemieniowej (elektrody Pz i Fz). Pojawia się u osoby stymulowanej dwoma rodzajami bodźców. Na tle często pojawiających się dźwięków występowały od czasu do czasu innego rodzaju dźwięki, na które miała zwracać uwagę osoba badana. Idea stymulacji polega na rozpoznawaniu przez pacjenta bodźców, które pojawiają się rzadko, wśród tła często występujących bodźców stymulacji i nosi określenie dyskryminacji dwóch bodźców. Przedstawiony sposób stymulacji ogólnie nosi angielską nazwę  „odball paradigm”, zaś gdy konkretnie stosuje się drażnienie dźwiękami, to bywa określany jako „beep-boop paradigm”.

W swoich badaniach Strelen (2006) do wywołania potencjałów związanych z wydarzeniami poznawczymi wykorzystał tzw. odball paradigm z modalnością akustyczną. Uczestnicy (trzy osoby) słuchali przed snem dwóch dźwięków (wysoki vs niski). Zostali oni poinstruowali, aby podczas snu „wyłapywać” jedynie wysokie tony a ich obecność sygnalizować pojedynczym ruchem gałek ocznych w kierunku L-P. Analiza zapisu EEG wykazała obecność fali P300. Według autora obecność potencjału wywołanego P300 w zapisie EEG u osoby śniącej świadomie podczas dyskryminacji dwóch bodźców akustycznych może świadczyć o świadomym przetwarzaniu informacji słuchowej podczas świadomego snu. Podobny wzór zapisu EEG pojawiłby się w stanie czuwania.

Jedne z ostatnich badań, skupiających swą uwagę wokół psychofizjologicznych korelatów świadomych snów przeprowadzone przez Holzinger i in. (2006) miało na celu wykazanie różnic w obrazie EEG pomiędzy świadomym śnieniem a zwykłym snem. Sygnał EEG rejestrowano z okolic czołowych F3 i F4 oraz ciemieniowych P3 i P4. W badaniach tych okazało się, że epizody świadomego śnienia skorelowane są ze zwiększoną aktywacją obszarów ciemieniowych, podczas gdy stosunek aktywności czołowej do ciemieniowej (F:P) wyniósł 1:1,16 w przypadków zwykłych snów i 1:1,77 w przypadku snów świadomych. Najwyższe z kolei różnice wykryto dla lewego płata ciemieniowego (jednak nie istotne statystycznie).

Wyniki badań przedstawionych powyżej pozwalają na wysunięcie kilku wspólnych wniosków. Po pierwsze, z badań elektrofizjologicznych dotyczących świadomego śnienia wynika, że mózg pracuje podobnie jak w stanie czuwania, o czym świadczą badania nad zależnościami funkcji poznawczych od lateralizacji aktywności EEG fal α, aktywności kory motorycznej podczas czynności fizycznych wykonywanych podczas świadomych snów czy potencjałów wywołanych.

Wszystko wskazuje też na to, ze początek świadomego śnienia wiąże się ze zwiększoną aktywnością lewej półkuli mózgu, a w szczególności obszaru ciemieniowego. Istnieje kilka interpretacji tego wyniku. Według LaBerga (1993) świadome śnienie powinno być powiązane z aktywację lewej półkuli gdyż tam zlokalizowany jest ośrodek mowy, a żeby stać się świadomym podczas snu, osoba śniąca musi powiedzieć sobie, że „to jest sen”. Podobnie swój wynik argumentuje Holzinger i in. (2006). Lewy płat ciemieniowy, dla którego obserwowano najwyższy, chociaż nieistotny wzrost aktywności kory, jest obszarem powiązanym z mową. Obszar ten obejmuje zakręt nadbrzeżny (gyrus supramarginalis) i zakręt kątowy (gyrus angularis) i odpowiada za związek procesów mowy z myśleniem. Uszkodzenie tego obszaru wywołuje tzw. afazję amnestyczną, i słowa dla chorych przestają mieć znaczenie symboliczne a stają się jedynie bodźcem słuchowym (upośledzenie formowania pojęć).

Holzinger i in. (2006) ponadto powołuje się na Taylora (1990, 2001), który uważa, że dolny płat ciemieniowy jest siedliskiem świadomości. Jego Central Stage Model on Consciousness zakłada, że świadomość powstaje  na poziomie obszarów multimodalnych w obrębie płatów ciemieniowych i skroniowych, które pełnią rolę buforów epizodycznych i tzw. podporządkowanych obszarów roboczych (slave sites). Są to miejsca, które jako pierwsze powiązano z psychologicznymi eksperymentami dotyczącymi wykonywania określonych zadań na pamięć roboczą i zostały obserwowane zarówno przy pomocy technik rejestracji potencjałów z pojedynczych neuronów jak i licznych doświadczeń z wykorzystaniem technik neuroobrazowania. Ogniskowe uszkodzenia lewego płata ciemieniowego i skroniowego upośledzało funkcjonowanie pętli fonologicznej, elementu pamięci operacyjnej (p.niżej). Obszary te zlokalizowane są w dolnym płacie ciemieniowym (IPL) w prawej półkuli dla pamięci roboczej przestrzennej i w lewej półkuli dla magazynu fonologicznego buforowanych słów.

Ciekawych obserwacji dokonano także w badaniach z wykorzystaniem technik neuroobrazowania (fMRI), które wykazały, że u ludzi dolny płat ciemieniowy lewy i prawy oraz lewy górny płat ciemieniowy ulegają aktywacji w momencie gdy osoba badana wyobrażą sobie siebie obracającą się w przestrzeni (Wraga i in. 2005). Obszar ten może być zatem kluczowy w tworzeniu świadomego obrazu swojej osoby w wyimaginowanym środowisku.

Trzeci wniosek mówi, że początek świadomego śnienia powiązany jest z podwyższoną aktywacją korową. Dodatkowo u badanych stwierdza się ogólny wzrost aktywności współczulnej (wyższe ciśnienie krwi i tempo bicia serca, oddech, wzrost potencjału reakcji skóry itp.). Zatem podwyższony poziom aktywacji układu nerwowego wydaje się być niezbędnym warunkiem do wystąpienia świadomego śnienia. Taki poziom aktywacji występuje właśnie podczas aktywacji fazowej REM.

Dlaczego podwyższony poziom aktywacji korowej może zapoczątkować świadomość podczas snu? Otóż pobudzenie korowe występujące podczas aktywacji fazowej REM może osiągnąć poziom wystarczający aby uaktywnić pamięć operacyjną (ang. working memory), która jest niezbędna do tego, aby rozpoznać sen jako sen (LaBerge 1990).

Pamięć operacyjna to zdolność do zapamiętywania informacji przez krótki czas (w pamięci krótkotrwałej) i dokonywania na nich operacji. Ma ona zasadnicze znaczenie dla prawidłowego przebiegu i integracji złożonych procesów poznawczych, tzw. funkcji wykonawczych, czyli np.: planowania, myślenia koncepcyjnego, rozwiązywania problemów, podejmowania decyzji, a także świadomości relacji jednostki z otoczeniem. Umożliwia tzw. procesy online, które stanowią swoiste łącze pomiędzy dopływającymi nowymi informacjami aktualnie przechowywanymi w buforze epizodycznym oraz doświadczeniami jednostki. Funkcjonowanie pamięci operacyjnej związane jest z grzbietowo-boczną korą przedczołową (DLPFC) (centralny ośrodek wykonawczy, odbierający informacje pochodzące z różnych modalności zmysłowych i przechowuje je tak długo jak długo potrzebne są do wykonania bieżących zadań), środkowa kora ciemieniowa (część pętli fonologicznej składającej się z magazynu fonologicznego przechowującego informacje werbalne przez ok. 2 sekundy) i kora przedruchowa lewej półkuli, ośrodek Broca i dodatkowe pole ruchowe lewej półkuli mózgu oraz prawa półkula móżdżku (kontrolny system artykulacyjny odświeżający informacje poprzez ciągłe i bezgłośne ich powtarzanie). Elementami pamięci operacyjnej jest także tzw. diagram (zapis) wzrokowo-przestrzenny przechowujący obrazy przedmiotów i ich rozmieszczenie w przestrzeni.

Podczas zwykłego snu funkcjonowanie pamięci operacyjnej wydaje się być poważnie ograniczone. Większość funkcji wykonawczych nie działa poprawnie, przede wszystkim brakuje świadomości relacji jednostki z otoczeniem, myślenie abstrakcyjne i kreatywne nie działa (sen płynie, nie mamy czasu na refleksję), świadome przeszukiwanie zasobów pamięci nie jest z reguły możliwe, nie funkcjonuje też prawidłowo zdolność do analizy i oceny sytuacji, o czym świadczy fakt, że dziwaczne i absurdalne niekiedy elementy śniących się wydarzeń są odbierane jako coś naturalnego. Przejście ze snu zwykłego w sen świadomy powinno zatem wiązać się z włączeniem pamięci operacyjnej, do takiego stopnia aby uświadomić sobie sen, a następnie utrzymanie tego stopnia „włączenia” pamięci operacyjnej na odpowiednim poziomie. Stopień ten nie powinien być ani za mały, gdyż wtedy zostaniemy wciągnięci w akcje snu, tracąc nad nim kontrolę, ani też za duży - wtedy się obudzimy.

Jaki zatem jest możliwy mechanizm włączający pamięć roboczą podczas snu? Według Hobsona (2001) świadome sny są wynikiem aktywacji DLPFC podczas fazy REM snu, lub dokładniej, szczątkowej aktywacji grzbietowo-bocznej kory przedczołowej która jest wzmacniana przez aktywację REM z innych obszarów korowych.

Mechanizm ten dokładniej można wyjaśnić wykorzystując model AIM (ryc. 1), opisujący różne stany świadomości (Hobson i in. 2000). Według modelu AIM różne stany świadomości mogą być zdefiniowane i rozróżnione za pomocą trzech parametrów, które można sobie wyobrazić jako osie w trójwymiarowej przestrzeni. Trzy podstawowe stany świadomości, czuwanie, sen NREM i sen REM, w modelu AIM są scharakteryzowane położeniem klocka w obrębie trójwymiarowego kwadratu, w zależności od wartości poszczególnych osi:

A – aktywacji mózgu; w najprostszej formie aktywacja mózgu definiowana jest jako średnia częstotliwość wyładowań neuronów w pniu mózgu. Odzwierciedla się to w postaci zapisu EEG, gdzie wyższa aktywność mózgu charakteryzuje się względnie wyższą mocą przy wyższej częstotliwości i niższą mocą przy niższej częstotliwości;

I – źródła wejść bodźców sensorycznych; podczas czuwania źródła bodźców pochodzą głównie z zewnątrz, natomiast podczas snu REM przeważają bodźce wewnętrzne, produkowane np. przez stymulację kory wzrokowej poprzez fale PGO, które przyczyniają się najprawdopodobniej do kształtowania treści marzeń sennych, charakteryzujących się dziwacznością, nieciągłością czasową itp.;

M – modulacji, parametru czysto fizjologicznego; pomiar tego parametru przeprowadzić można za pomocą porównania częstotliwości wyładowań neuronów zawierających norepinefrynę znajdujących się w miejscu sinawym i neuronów serotoninergicznych jądra szwu, do częstotliwości wyładowań neuronów cholinergicznych, będących źródłem wyładowań PGO.

Ryc. 1. Model AIM (Hobson i in. 2000), objaśnienia w tekście.

Stan czuwania charakteryzowany jest przez wysoki poziom aktywacji mózgu, przeważa udział bodźców pochodzących ze środowiska, a więc zewnętrznych, natomiast modulacja odbywa się głównie drogą noradrenergiczną i serotoninergiczną. Przejście ze stanu czuwania do snu NREM wiąże się z dezaktywacją (relatywną, nie całkowitą) kory czołowej, zatem zmniejsza się wartość A, która spada gdy osoba zapada w coraz to głębszy sen. Powoli odłączne zostają wejścia zewnętrzne i odbiór bodźców przełącza się z zewnętrznego na wewnętrzny, lecz stopniowo w miarę zapadania w kolejne fazy snu NREM. Zmienia się także modulacja, która drogą serotoninergiczną i noradrenergiczną maleje w głębokim śnie. Jednak w momencie przejścia ze snu NREM do REM, większa część zdeaktywnowanej części mózgu ulega reaktywacji, osiągając stan podobny to tego, który obserwuje się podczas czuwania (parametr A). Z kolei modulacja w tym momencie jest praktycznie tylko cholinergiczna, a dopływ bodźców jest prawie tylko wewnętrzny (np. fale PGO). Aktywacji ulega wtedy część brzuszno-przyśrodkowa kory przedczołowej (VMPFC) czyli tzw. kora paralimbiczna, z głównymi strukturami leżącymi w przedkolanowym i podkolanowym obszarze kory obręczy, ciałem migdałowatym i nakrywką. Jednak DLPFC pozostaje w stanie względnej dezaktywacji, najprawdopodobniej będąc hamowaną bezpośrednio przez acetylocholinę (Muzur i in. 2002). Wzrost aktywności układu limbicznego połączony z obniżonym wpływem kory czołowej podczas tej fazy snu najprawdopodobniej tłumaczy niektóre cechy snów fazy REM, jak np. ich nacechowanie emocjonalne (układ limbiczny odpowiada za kontrolowanie emocji) i częste niewłaściwe do okoliczności zachowania (kora czołowa odpowiada za zachowanie adekwatne do danej sytuacji).

Sen świadomy jest przykładem stanu, w którym zmiana wzdłuż jednej osi nie przebiega jednakowo dla całego „klocka”. W tym przypadku dotyczy to osi A (ryc. 2). Autorzy przypuszczają, że aby wystąpił sen świadomy normalnie dezaktywowana DLPFC musi ulec reaktywacji, ale nie na tyle silnej aby móc wyhamować sygnały z mostu i układu limbicznego. W momencie reaktywacji DLPFC wewnętrznie generowane obrazy są odbierane jako to czym są (halucynacje) i nie są błędnie interpretowane jako pochodzące ze świata zewnętrznego, ze względu na „włączenie” pamięci operacyjnej. Szczątkowa aktywacja DLPFC jest wzmacniana poprzez aktywację REM innych obszarów korowych które są odpowiedzialne za dziwaczność i nacechowanie emocjonalne snu (głównie układ limbiczny). Hobson (2001) uważa też, że ciało migdałowate i prawdopodobnie kora parahipokampalna jest mniej silnie aktywna, natomiast most oraz kora graniczna między korą ciemieniową a potyliczną, pełniąca funkcje asocjacyjne, pozostają aktywne, a ich rolą pozostaje podtrzymanie sennych halucynacji.

Ryc. 2. Wykorzystanie modelu AIM do opisania świadomego śnienia (Hobson i in. 2000)

Świadome śnienie może pojawić się dzięki autosugestii zastosowanej przed snem. Spontaniczne pojawienie się świadomości podczas snu wskazuje, że zmniejszona ilość samoświadomości podczas śnienia jest czasem wzmacniana w stopniu wystarczającym aby śniący rozpoznał sen jako sen, a nie rzeczywistość. Autosugestia prawdopodobnie zwiększa prawdopodobieństwo rozpoznania tego stanu poprzez tzw. priming – torowanie połączeń neuronalnych najprawdopodobniej właśnie w obszarach przedczołowych. Priming, dla przypomnienia, jest to procedura poprzedzania dotycząca pamięci nieświadomej, która nie tylko dotyczy znajomości reguł postępowania (umiejętności ruchowe, zautomatyzowane) ale także czynności percepcyjnych. Podobnie jak podczas uczenia się, gdy przy kolejnym czytaniu tego samego tekstu szybkość czytania jest większa niż przy pierwszym czytaniu, ponieważ informacja zawarta w aktualnie czytanym fragmencie działa jak procedura poprzedzania treści następnych fragmentów i ułatwia ich wydobycie z pamięci, tak samo jeżeli przed snem powiemy sobie, że będziemy śnić świadomie lub skojarzymy to z jakąś np. czynnością, przykładowo spojrzenie na zegarek, to istnieje większa szansa, że podczas snu uświadomimy sobie że śnimy, właśnie dzięki temu, że spojrzymy na zegarek we śnie. Proponuje się także, że świadomy sen jest stanem hybrydowym położonym pomiędzy snem REM a czuwaniem [Hobson et. al 2000].

Aby sprawdzić hipotezę Hobsona, należałoby przeprowadzić badania z wykorzystaniem funkcjonalnego rezonansu magnetycznego. Są to jednak badania drogie, a także niezwykle trudne do przeprowadzenia- sam sen w warunkach laboratoryjnych, przez sztuczne warunki jest zaburzony i nienaturalny. Dodatkowo należałoby znaleźć ludzi u których świadome śnienie występuje względnie często a następnie należałoby przeprowadzić kilka sesji, z których nie wszystkie pewnie by owocowały świadomym snem. Dlatego hipotezy tego typu pozostają, póki co, jedynie w sferze domysłów. Z drugiej jednak strony, hipoteza o aktywacji DLPFC, biorąc pod uwagę funkcje poznawcze, za które odpowiada ten rejon mózgu, trzyma się kupy (poza pewnymi zastrzeżeniami, jakie wysunął LaBerge (2000), które dotyczyły między innymi zgubnego przyzwyczajenia naukowców do przypisywania funkcji konkretnym częściom mózgu, momentami niedokładnego i sprzecznego opisu podstawowych stanów umysłu przez model AIM czy odbieraniu bodźców przez niektóre zmysły podczas snu).

Nie stoi to też w sprzeczności z wynikami badań elektrofizjologicznych, „faworyzujących” korę ciemieniową. Uważa się bowiem, że za świadomym postrzeganiem bodźców, zdolnością obserwowania samego siebie i zdawania sobie sprawy z własnego stanu psychicznego/intelektualnego stoją właśnie oddziaływania czołowo-ciemieniowe (Baars i in. 2003). Crick i Koch stwierdzili, że powinno się patrzeć na przednią część mózgu odpowiedzialną za wyższe funkcje wykonawcze, która spogląda i oddziałuje z tylną częścią mózgu, sensoryczną. Być może to właśnie aktywacja czołowo-ciemienionych szlaków neuronalnych stoi za przyczyną pojawiania się świadomości podczas snu? (aktualizacja: Przeprowadzone ostatnio badania fMRI oraz EEG potwierdziły aktywacje DLPFC podczas świadomego snu oraz ukazały aktywację innych obszarów korowych, w tym właśnie obszarów ciemieniowych odpowiedzialnych za wyższe funkcje wykonawcze. Więcej informacji można znaleźć w tym wpisie oraz w tym wpisie).

Należy jednak mieć na uwadze, że świadomość jest wysoce złożoną funkcją całego mózgu, a przypisywanie poszczególnych obszarów konkretnym funkcjom może jedynie ułatwiać zrozumienie niektórych zależności w sytuacjach modelowych. Jednak najprawdopodobniej świadomość jest wynikiem współpracy wielu ośrodków mózgu i najprawdopodobniej uzyskanie jej w trakcie snu także wiąże się z bardziej złożonymi zmianami, niż aktywacja jednego obszaru. Niemniej jednak bliższe poznanie mechanizmów leżących u podstaw świadomego śnienia mogłoby rzucić więcej światła na funkcjonowanie samej świadomości.

Artykuł ten powstał w oparciu o treść wykładu o pt. "Świadome śnienie z punktu widzenia neurobiologii", wygłoszonego podczas II Ogólnopolskiej Neurokonferencji Studenckiej "Neuronus"
w dniu  25-04-2009.