Aktiveringssynteshypotes

Aktiveringssynteshypotesen , som föreslagits av psykiatriker vid Harvard University , John Allan Hobson och Robert McCarley , är en neurobiologisk teori om drömmar som först publicerades i American Journal of Psychiatry i december 1977. Skillnaderna i neuronal aktivitet i hjärnstammen under vaken och REM - sömn var observerade, och hypotesen föreslår att drömmar är resultatet av hjärnaktivering under REM-sömn. Sedan dess har hypotesen genomgått en evolution i takt med att teknik och experimentell utrustning har blivit mer exakt. För närvarande används en tredimensionell modell som kallas AIM Model, som beskrivs nedan, för att bestämma hjärnans olika tillstånd under dagen och natten. AIM-modellen introducerar en ny hypotes att primärt medvetande är en viktig byggsten på vilken sekundär medvetenhet är konstruerad.

Introduktion

Med utvecklingen av hjärnavbildningstekniken kan sömn-vakna cykeln studeras som aldrig förr. Hjärnan kan objektivt kvantifieras och identifieras som i något av tre tillstånd: vaken , REM-sömn och NREM-sömn på grund av dessa avancerade mätmetoder. Det har visat sig att en global deaktivering av hjärnan från vaket tillstånd till NREM-sömn sker, och en efterföljande reaktivering under REM-sömn, i en grad större än under vaken. Medvetandet och dess undertillstånd, primärmedvetenhet och sekundär medvetenhet , spelar en roll för att identifiera hjärnans tillstånd. Primärt medvetande är den enkla medvetenheten om perception och känslor ; det vill säga medvetenheten om världen via avancerad visuell och motorisk koordinationsinformation som din hjärna tar emot. Sekundärt medvetande är ett avancerat tillstånd som inkluderar både primärt medvetande och abstrakt analys, eller tänkande, och metakognitiva komponenter, eller medvetenheten om att vara medveten. De flesta djur visar vissa stadier av primärt medvetande, men endast människor har experimentellt visat sig uppleva sekundärt medvetande. Cykeln av vaken-NREM-REM-sömn är avgörande för däggdjurens mentala hälsa. Det har visats genom experiment att djur som utsatts för oförmåga att komma in i REM-sömn visar ett omedelbart försök att snabbt komma in i REM-stadier och långtidseffekter på motorisk koordination och vanemässiga motoriska vanor, vilket så småningom leder till djurets död. Det har också visat sig att homeotermiska djur kan behöva sömn för att bibehålla kroppsvikt och temperatur.

Bakgrund

Vakna

Det vakna medvetandet är medvetenheten om världen, våra kroppar och oss själva. Detta inkluderar människor som upplever medvetenheten om att vara medveten om oss själva, en inneboende förmåga hos människor. Det är förmågan att titta i en spegel och veta att du tittar på dig själv, och inte bara en annan människa. Att vara vaken tillåter skillnaden mellan uppgifter och standardhjärntillstånd, och skiljer också mellan bakgrunds- och förgrundsbehandling. Att vara vaken tillåter personen att inte bara vara medveten om sig själv och världen, utan också att ha en medveten motorisk koordination och förstå skillnaden mellan behov och lust som kommer från sekundär medvetenhet.

Skillnaden mellan sömn och dröm

Det är skillnad på att bara sova och i ett sinnestillstånd som kallas att drömma. Sömn kan beskrivas som bristen på medveten medvetenhet om omvärlden, vilket innebär att stora delar av hjärnan som tar emot och tolkar signaler avaktiveras under denna tid, medan drömmar är ett specifikt sömntillstånd där ökad hjärnaktivitet har visat sig inträffa. , att teoretisera att det primära medvetandet kan vara aktivt under drömmar. Under drömmar är vi faktiskt medvetet medvetna om vår omgivning, och har säkerligen en viss uppfattning och känsla under hela drömmen, vilket tyder på att åtminstone en del av det primära medvetandet aktiveras under drömmen.

Dröm

En dröm har alla drag av primärt medvetande men produceras i hjärnan utan yttre stimulans. Till skillnad från det vakna tillståndet kan hjärnan inte känna igen sitt eget tillstånd; att det är mitt i drömmen och inte är detsamma som den verkliga världen. Hjärnan har ett ensidigt tillstånd av primärt medvetande under drömmar, vilket gör att hjärnan kan nå större uppfattning och medvetenhet om ett enda scenario utifrån bilder och drömmar. Detta kallas drömmedvetandet.

Fyra stadier av sömn

De fyra sömnstadierna har identifierats enligt följande: sömnstartsstadium I, sena sömnstadier II och djupsömnstadier III och IV. Djup sömn stadier III och IV inträffar alla under den första halvan av natten, medan lättare stadier I och II inträffar under den senare halvan. Under standardmätningar i sömnlaboratoriet har tillstånden för sömn och vaken beteendemässiga, polygrafiska och psykologiska manifestationer i den pontinska hjärnstammen. Dessa tillstånd regleras av ett ömsesidigt förhållande mellan två typer av neuronala celler, aminerga hämmande celler såsom serotonin och noradrenalin och kolinerga excitatoriska celler såsom acetylkolin . Förändringar i sömnstadierna inträffar när aktivitetskurvorna för dessa neuroner korsar varandra. REM-sömnstadium I är ett sömntillstånd precis ovanför och närmast kopplat till sömndebutstadie I.

NREM

NREM-sömn kan beskrivas som de stadier av sömn som visar kraftigt minskad hjärnaktivitet. Det finns fyra olika stadier av NREM-sömn. Hjärnan visar avtrubbade eller begränsade uppfattningssinne, även om tankeprocessen har visat sig vara logisk och uthållig. Episodiska rörelser av kroppen förekommer under dessa stadier, även om de är ofrivilliga rörelser.

REM

REM-sömn är ett evolutionärt nytt beteende hos människor. REM står för snabb ögonrörelse. Det är den djupaste sömn ett däggdjur kan gå in i. Det regleras av den pontinska hjärnstammen. Spädbarn tillbringar större delen av sin tid i REM-sömn, och istället för att gå in i steg 1-sömn går de direkt till REM-sömn. Den mesta REM-sömnen inträffar precis ovanför sömnstadie I och upplever andra mentala förmågor än under NREM-sömn. Tankeprocessen är ologisk och ofta bisarr, förnimmelse och perception är levande men skapas internt av hjärnan, och kroppens rörelser hämmas. De flesta REM-stadier varar 10–15 minuter, och den genomsnittliga människan kommer att gå igenom 4–6 av dessa stadier under sömnen varje natt. Efterföljande REM-stadier ökar i varaktighet, så det sista REM-stadiet före uppvaknandet är det längsta och mest levande. Under REM-sömn visar hjärnan ökade tillstånd av minimal hämning, vilket försämrar vår förmåga att känna igen det tillstånd som den är för; en dröm. Det har föreslagits att REM-sömn är nödvändig för att förbereda många integrerande funktioner, varav en är medvetande. Det stödjer tanken att sömn och drömmar är nödvändiga förberedelser för nästa dags processer. Den vetenskapliga spårningen av REM-sömnstadier kan mätas med neuronala signaler i pontinska hjärnstammen. Interaktionerna mellan aminerga hämmande neuroner och kolinerga excitatoriska neuroner kan mätas, och REM-sömn inträffar när aminerga celler är som minst aktiva och kolinerga celler är som mest aktiva.

Utveckling av REM

Det har konstaterats att REM-sömn är ett nyligen evolutionärt beteende hos homeotermiska djur. Hos båda finns ökad REM-sömn i de tidiga skedena av livet. Hos människor når REM-sömnen sin topp under graviditetens tredje trimester, och faller snabbt efter födseln när det primära medvetandet minskar och det sekundära medvetandet växer med utvecklingen av hjärnan. Den växande kontrollen över stadier av sömn och vaken tyder på att sömn och REM har utvecklats som ett sätt att självaktivera för att förutse omständigheter i vaket tillstånd.

Neuronisk modellering

Inom pons sker modellering och spårning av dessa aminerga hämmande neuroner och kolinerga excitatoriska neuroner via studiet av PGO-vågor . Dessa är fasiska vågor som uppstår i cykler och härstammar från den pontinska hjärnstammen (P), lateral geniculate av thalamus (G) och occipital cortex (O). Aminerga monoaminer serotonin, noradrenalin , histamin och dopamin balanseras mellan acetylkolin kolinerga signaler och spelar en roll i regleringen av kognition. Aminergisk cellsignalstyrka är lägst under REM-sömn, ökar under NREM och är högst vid uppvaknande. Kolinerga cellsignalstyrka är högst under REM, avtar under NREM och är lägst vid uppvaknande. Förändringar i sömntillstånd och fas inträffar när två aktivitetsvägar korsas.

Teori

Utvecklingen av medvetande är en gradvis, tidskrävande och livslång process som bygger på och använder en mer primitiv virtuell verklighetsgenerator som är mer definierbar i våra drömmar. Som sådan kräver utvecklingen av sekundär medvetenhet under livets gång ett tomt medvetande som under REM-sömn skapar ett imaginärt jag som har rörelser och upplever känslor. Detta är ett experimentellt tillstånd som inte är förknippat med medvetenhet, och detta tillstånd, eller protomedvetna, kan nås under barndomen. Detta protomedvetande är ett protojag som skapas tidigt i livet av hjärnan som en byggsten för att medvetandet ska utvecklas, och ger inneboende förutsägelser om externa insatser skapade av drömmar.

Ursprunglig aktiverings-syntes hypotesmodell

Hobson och McCarley föreslog ursprungligen på 1970-talet att skillnaderna i vaken-NREM-REM-sömncykeln var resultatet av interaktioner mellan aminerga REM-off-celler och kolinerga REM-on-celler. Detta uppfattades som aktiverings-syntesmodellen, som säger att hjärnaktivering under REM-sömn resulterar i syntes av drömskapande. Hobsons fem kardinalegenskaper inkluderar: intensiva känslor, ologiskt innehåll, uppenbara sinnesintryck, okritisk acceptans av drömhändelser och svårigheter att bli ihågkommen.

Nuvarande modell – AIM

Tack vare teknikutvecklingen sedan det ursprungliga förslaget har nya experimentella data samlats in och ytterligare mekanistiska detaljer om neuronkontroll har utvecklats. Det har fastställts att medvetandetillstånd kan beskrivas med tre värden, och AIM-modellen är en modell som använder dessa värden för att representera likheter och skillnader mellan att vakna och drömma. Det är en tredimensionell tillstånd-rymdmodell som beskriver olika tillstånd i hjärnan och deras varians under dagen och natten. Den är sammansatt av tre olika värden: A – aktivering, I – input-output grindning och M – modulering. Modellen är dock begränsad eftersom den ännu inte kan förklara de regionala skillnaderna i hjärnaktivitet som skiljer REM-sömn från att vakna. Andra begränsningar inkluderar oförmågan att kvantifierbart identifiera och mäta M hos människor. Under uppvaknande och aktivering av primära och sekundära medvetanden har höga värden av A, I och M observerats, men under REM-sömn har höga värden av A men låga I och M observerats.

Protomedvetenhet

Protomedvetenheten är en mall för medvetenhet som uppstår under sömnen, och på vilken andra mentala medvetna processer kan konstrueras. Tidigt i barndomen har det sagts att denna protomedvetenhet är där sekundära aspekter av medvetandet ursprungligen utvecklas och testas av det primära medvetandet, och personen kan långsamt utveckla ökad sekundär medvetenhet under hela sitt liv när deras protomedvetna mall utökas, utvecklas och skapar mer levande idéer och representationer av sekundärt medvetande.

Aktivering (A)

Stora delar av hjärnan som aktiveras och skickar signaler under uppvaknandet är inaktiva under NREM-sömn och återaktiveras under REM-sömn. Den bygger på det faktum att hjärnan och dess neurala kretsar är plastiska och självreglerande, särskilt i sin egen aktivering och inaktivering. Detta observerades av två experiment: utveckling av sömnighet efter destruktion av dopaminneuron i substantia nigra i mellanhjärnan , och upptäckt av det retikulära aktiverande systemet , vilket är visuella signaler som tas emot genom våra ögon och till vår hjärna som börjar vakna processen, det vakna medvetandet. beror på sömn. Efter dessa studier blev det klart att aktivitetsnivåer och kvalitet på medvetandet var funktioner för hjärnaktivering och -deaktivering.

Input-output grind (I)

Det har visat sig att den interna aktiveringen av hjärnan är associerad med hämning av både extern sensorisk inmatning och motoreffekt. Detta innebär att hjärnan aktivt hålls offline under REM, och hjärnstammen garanterar koordineringen av faktorerna I och A via input-output-styrningen i hjärnstammen. PGO-vågor spelar en roll i hjärnans förmåga att sova samtidigt som de utgör byggstenarna för perception och finmotorisk kontroll via sin faskoordination. Det har därför föreslagits att PGO-signaler används i konstruktionen av visuella bilder av drömmar.

Modulering (M)

Neuromodulatorfrisättningen av aminerga neuroner har en bred kemisk påverkan på hjärnan; de instruerar andra neuroner att föra eller kassera ett register över information de har bearbetat. Mekaniken för modulering är inte känd för närvarande, och modulering har ännu inte identifierats kvantitativt. Kvalitativt har aminergisk modulering visat sig vara stark under vaken men lägre under sömn, men fler studier behöver göras. Många studier har dykt upp från disciplinen beräkningsneurovetenskap som stödjer AIM-modellen. Teorin om Metalearning i synnerhet beskriver hur dessa neuromodulatorer underlättar dynamisk inlärning, även om en serie tolkningsmodeller alla överensstämmer med AIM-modellen.

Implikationer

Den tredimensionella AIM-modellen visar att under cykeln av hjärntillstånd vakna-NREM-REM, förändras hjärnan dynamiskt konstant, och att detta tillståndsutrymme som beskrivs av AIM har ett oändligt antal andra underregioner än de tre huvudsakliga. Den föreslår att via ett protomedvetande är hjärnaktivering under sömn nödvändig för utveckling och upprätthållande av vaket medvetande och andra högre ordningens hjärnfunktioner såsom problemlösning. Det antyder möjligheten att tillståndet av vaket medvetande endast är närvarande hos människor på grund av utvecklingen av omfattande kortikala strukturer i hjärnan. Att drömma är ett tillstånd i hjärnan som liknar det som ändå skiljer sig från det vakna medvetandet, och interaktion och korrelation mellan de två är nödvändiga för optimal prestation från båda. En studie som mätte hjärnans aktivitet via EEG använde Hobsons AIM-modell för att visa att kvantitativt drömmedvetande är anmärkningsvärt likt vaket medvetande.