梦境操控可能有助于疗愈

刺激睡眠中的大脑可能会缓解记忆丧失、中风或心理健康问题所带来的痛苦。

不少人会反复做情景类似的恶梦，例如这个：

夜深了，索尼娅独自一人在一个陌生的小镇上，试图找到回家的路。地图显示了一条穿过一片黑暗森林的路线，偶尔有灯笼照亮。她带着不祥的预感看着这条路，但看到其他人也在走这条路，就选择了它。她快步走着，接近前面的一对男女——突然，他们停下来，转身抓住了她。男人用一块布遮住了她的脸。她发现自己站在一个舞台上，天花板上横跨着一面镜子。一群手持枪刀的男人包围了她；她即将遭受折磨和杀害。索尼娅捡起一块石头扔向天花板，天花板破碎了。玻璃碎片纷纷落下，刺穿了她的肩膀和脚。她逃进了森林，被那对能读懂彼此心思的男女追赶。女人看到了索尼娅逃跑的方向，并告诉了男人——索尼娅知道她会被追捕。

这个噩梦和类似的梦大约每周两次扰乱了索尼娅的睡眠，持续了数月。（出于隐私考虑，她的真实姓名未透露。）那些糟糕的夜晚让她感到困倦、易怒和情绪耗尽——这些都是噩梦障碍的症状。这种情况可以单独发生，也可以与更深层次的问题如创伤后应激或焦虑症并存。日内瓦大学医院的睡眠专家为她开了“意象排练”疗法。索尼娅需要为噩梦创造一个积极的结尾，并每天练习。对梦境的新看法往往会延续到睡眠中，减少噩梦的频率。

但这个技巧并不总是有效，所以索尼娅参加了一项测试其改进版本的研究。试验利用睡眠强化记忆的能力——在这个例子中，是新的梦境叙述。在两周的时间里，每天晚上五分钟，索尼娅在家中的安静空间放松，想象穿过森林的路线通向一扇门，门外是一个明亮、多彩的、感觉安全的田野。在她和其他17名有噩梦障碍的人排练他们的新故事线时，他们通过耳机听每10秒播放一次的钢琴和弦，最终将这个声音与叙事联系起来。

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在那两周里，他们上床睡觉时都戴着一个睡眠工程头带。这个设备检测参与者何时进入快速眼动（REM）睡眠（之所以这样命名，是因为在这个阶段眼睛会左右快速移动），这是人们体验最生动梦境的时候。当他们做梦时，头带通过他们头骨的骨头传递他们在清醒时听到的同样的钢琴和弦。

在睡眠期间，大脑会重放当天选定的记忆，以将其铭记在神经元中。专家称这个过程为记忆巩固。在噩梦研究中，和弦让参与者想起了他们更愉快的梦境。“我们想要增强这个特定的记忆，”领导这项研究的日内瓦大学精神病学家兰普洛斯·佩罗甘夫罗斯说。

这种联想导致人们经历更少的噩梦，整体上更多积极的梦。“即使你在清醒时只处理一个场景，关于任何主题（如被追逐）的噩梦都会减少，”佩罗甘夫罗斯说。研究人员在2022年报告说，对于那些在排练修改后的梦境时听到和弦的人来说，效果显著更强。索尼娅就完全停止了做噩梦，她的情绪也有所改善。

操纵睡眠可能是走出比喻中的森林的新途径——无论是噩梦还是情绪、记忆甚至运动技能的问题。“睡眠是一个不受守护的时刻。这是一个我们的执行控制、理性思考、逻辑决策、冲动控制都被关闭的时候。所以成功进入的刺激会被不同地处理，可能更有效，”哈佛医学院的认知神经科学家罗伯特·斯蒂克戈尔德说。

研究人员用来在某人睡着时“进入”的技术，从电刺激患者的大脑到让他们暴露于提醒他们特定事实或经历的声音或气味。这些技术中的许多是为了解码睡眠在记忆和认知中的作用而设计的。但它们也提供了加速中风恢复或恢复随年龄丢失的记忆的方法。它们甚至可能能够减轻与特定记忆相关的负面情绪，这有助于缓解创伤后应激、焦虑、抑郁或其他心理健康状况。

“我最新的希望之一是我们可以找到新方法帮助人们醒来时心情愉快，”西北大学的记忆和睡眠研究员肯·帕勒说。为了使这些方法实用且广泛传播，研究人员正在开发一系列人们可以在家中使用的睡眠工程设备。专家表示，一些设备的临床使用还需要数年时间，并且他们还警告潜在的风险。

加州大学洛杉矶分校的神经科学家吉娜·波伊说，操纵记忆可能会有意想不到的后果，比如造成阻碍学习的不平衡。“这是一个有点可怕的时期，”波伊说。“我们还不够了解。这就像是一个蹒跚学步的孩子。我们可以走路，但不知道我们要去哪里或如何避免危险。”

学者们怀疑睡眠支持记忆已经千年了。公元一世纪，罗马作家和教师马库斯·法比乌斯·昆提利安写道：“仅仅一个晚上的间隔就会大大增加记忆的力量。”直到20世纪，当脑电图（通过放置在头皮上的一组探针记录大脑活动）的发明催生了研究显示睡眠中的大脑以其自身的电节奏嗡嗡作响时，这个过程的细节仍然是模糊的。

人们睡眠周期大致每90分钟重复一次，通常在整个夜晚会经历四到六个周期。第一个周期从浅睡眠开始，分为两个明显不同的阶段。在第二阶段，神经元产生称为睡眠纺锤波的电信号簇——显然是因为在绘制成电压随时间变化的图表时，它们让科学家们想起了缠绕在棍子上的羊毛。浅睡眠逐渐过渡到深度“慢波”睡眠，此时纺锤波持续出现，同时大脑中横扫过慢速、有节奏的电激动脉冲，伴随着高频“涟漪”爆发。在快速眼动（REM）睡眠的第四阶段，大脑神经元像白天一样活跃且随机地发射信号，人们会经历情绪化和奇异的梦境。

研究人员推测，这些睡眠时的大脑活动可能有助于记忆。20世纪70年代，当时在剑桥大学三一学院的计算神经科学家大卫·马尔（David Marr）提出了一个关于大脑如何将新信息与现有知识整合的理论。在这个模型中，位于大脑两半球的海马体——一个海马形状的结构——在白天储存信息。但这些记忆痕迹在睡眠之前都是脆弱的，直到睡眠时才得到加强，并传递到大脑的外层——大脑皮层——进行长期存储并与其它记忆整合。

在1994年的一个里程碑式研究中，研究人员进行了大脑记录，显示出海马体在慢波睡眠期间通过重溯它们来加固记忆。当一只老鼠在清醒时穿越迷宫时，其海马体中神经元的活动模式表明了老鼠在其旅途中的位置。当老鼠睡着后，研究人员再次记录其大脑活动，并发现了相同的神经模式——就好像大脑正在排练穿过迷宫的路径以将其铭记。十年后，科学家们使用正电子发射断层扫描技术获得了人类重放活动的证据，该技术通过检测血流作为神经元活动的代理。当人们在虚拟小镇中学习路线时，那些变得活跃的大脑区域在深度睡眠期间再次激活——而且活动量与个人记住路线的能力相关。

正如马尔所预测的，海马体中记忆的重放是巩固的关键。它似乎标记了某些记忆以供安全保管，让日常生活的其它部分被遗忘。“你去买菜，他们没有小番茄……你不想保留那个记忆一辈子，”斯蒂克戈尔德（Stickgold）说。“所以几乎所有东西都被忘记了。睡眠的游戏是要弄清楚你不想忘记什么。”

到了21世纪初，科学家们知道大多数深度睡眠中的高电压波起源于大脑的决策中心——前额叶皮层，并且像平静海洋中的波浪一样平滑而有规律地从前部移动到后部。在动物和患有癫痫的人身上的研究（特别是那些为了检测癫痫发作而在大脑中植入电极的个体）已经涉及到其他睡眠时的节奏在记忆过程中的作用。这些包括来自海马体的电活动涟漪，这可能反映了重放——并且与起源于丘脑的睡眠纺锤波的低谷相吻合。当一个人清醒时，这个中继站将来自感官的选定信息发送到大脑皮层进行解释，但当一个人睡着时，它关闭了大多数信号，因此人通常对他们的环境没有意识。有趣的是，根据Poe的说法，每分钟睡眠纺锤波的数量与一个人的学习能力相关。 

在一个进一步的惊人巧合中——或者更有可能根本不是巧合，而是夜间信息转移过程的一部分，这一过程经过进化得以完善——涟漪和纺锤波都随着慢波起伏。“这是这三部分交响乐，”斯蒂克戈尔德说。“海马体、丘脑和皮层协同工作以加强特定记忆。”

然而，直到实验者找到影响这一过程的方法之前，睡眠大脑分析和整合记忆的证据仍然是间接的。"我们能操纵这些脑波吗？"现在在图宾根大学的行为神经科学家扬·伯恩（Jan Born）想知道。他和他所在的吕贝克大学的团队通过睡眠受试者的头皮施加振荡电流来增加慢波的幅度。他们在2006年的一篇出版物中报告说，这种操作增强了记忆。但是电场似乎在大脑的解剖褶皱中不可预测地变化。因此，团队转向了声音，伯恩认为，通过一个生物通道——耳朵——会更可靠地处理声音。

研究人员向睡眠者播放柔和的点击声，与其慢波的上升阶段同步。这种刺激只进行了一个晚上，极大地增强了慢波和尖波的大小和持续时间。关键的是，与单独睡眠后的表现相比，干预改善了参与者对120对单词的记忆，该团队在2013年报告了这一结果。这项工作直接将慢波睡眠的振荡与记忆联系起来——并指出了一种利用慢波睡眠来提高记忆的方法。

"那是一个睡眠工程的想法：我们能让那种生理过程更有效地运行吗？或者，如果它不是很有效，我们能调整它使其工作得更好？" Paller问道。慢波随着年龄的增长而减弱，这可能解释了与年龄相关的记忆问题。补充慢波是否可以减轻记忆衰退？西北大学的神经学家罗奈尔·马尔卡尼（Roneil Malkani）和菲利斯·齐（Phyllis Zee）与Paller等人合作，成功地使用声音增强了九名轻度认知障碍患者中的五人回忆单词对的能力。

然而，这些干预只持续了一个晚上。在实践中，阻止记忆衰退最有可能需要长期治疗。通过手术植入电极刺激大脑理论上可以在一致的基础上支持记忆。加州大学洛杉矶分校健康系统的神经外科医生伊扎克·弗里德（Itzhak Fried）及其同事最近展示了他们可以使用这种深部脑刺激来增强记忆。弗里德植入了电极来检测严重癫痫患者的癫痫发作。但是当这些患者睡着且没有癫痫发作时，他使用电极来感应和改变他们的深度睡眠振荡。

当慢波上升时，其中一个电极发送了一个电脉冲来增强"涟漪、尖波和慢波的三重巧合"，弗里德说。所有六个在前额皮质接受这种刺激的个体在电极激活的那个夜晚比他们在不受干扰的睡眠后更好地回忆起图片对，科学家们在2023年报告了这一结果。记忆改善的程度与大脑电模式的变化相关联。

"我们正在改变睡眠的结构，"弗里德说。"我们的目标真的是尝试看看我们是否可以有记忆辅助或记忆神经假肢设备"——类似于为听力受损的人植入的人工耳蜗。

除了通过增强睡眠大脑中的电波来改善一般记忆外，科学家们还发现了多种方法来增强特定记忆而不是其他记忆。这种策略的第一次尝试涉及气味。伯恩的团队要求人们在学习网格中物体的位置时闻玫瑰香味。然后他们在一些参与者睡觉时向他们暴露这种香味。当在慢波睡眠期间传递时，香味促使睡眠者的大脑重新访问他们所学的内容——并显著提高了他们对位置的回忆（与那些在睡眠期间没有暴露于气味或只在快速眼动睡眠期间暴露于它的人们相比），研究人员在2007年报告了这一结果。大脑成像显示，香味强烈激活了海马体，进一步表明刺激增强了重播。

两年后，Paller和他的同事们展示了他们可以用声音做类似的事情。研究人员在人们记忆计算机屏幕上50个物体的位置时播放独特的声音。例如，当看到猫的图片时，参与者会听到喵喵叫；看到水壶时，他们会听到哨声。然后科学家们在小睡期间播放了25种声音，之后人们对相关物体的位置记忆得更好——如果他们听到哨声而不是喵喵叫，他们在回忆屏幕上水壶的位置比猫的位置更准确。

Paller的方法，他称之为靶向记忆再激活（TMR），作为一种加强特定记忆的方式获得了关注。到了2022年，他的研究生Nathan Whitmore展示了TMR可以改善对面孔和名字的记忆，效果最强的是那些有最长且最不间断的慢波睡眠的人。Paller说，这种方法可能帮助有记忆问题的老年人记住对他们来说重要的事实，比如他们孙子女的名字。

TMR还可以改善程序性记忆，这是从弹奏钢琴曲到完善跳投等技能的基础。人们在睡觉后执行学过的手指动作序列更快。如果该序列的记忆在慢波睡眠期间被重新激活——比如，通过播放在学习每个手指动作时所听的音调——表现会进一步提高。

类似的方法可以加速中风康复，中风会使人无法执行基本动作。康复涉及每天练习这些技能。“如果你想用牙刷或拿盐，你必须有选择地控制一些肌肉而不是其他肌肉，”Paller说。为了教授这些技能，西北大学的神经学家Mark Slutsky开发了一个简单的1980年代风格的视频游戏，在这个游戏中，用户必须激活一个或两个肌肉，将光标从屏幕中心移动到外围的八个目标之一——当光标到达它们时，红色方块会变成绿色。

在2021年的一项研究中，Paller、Slutsky及其同事展示了TMR可以改善人们在这个游戏中的表现。当瞄准每个目标时，20名健康的年轻成年人听到了独特的声音，如喵喵叫、鼓点或铃铛。经过几小时的练习后，他们进行了90分钟的小睡。当他们进入慢波睡眠时，他们听到了一些以五秒间隔播放的声音。醒来后，他们在导航到与小睡期间播放的声音相关联的红色方块目标时表现出改善——在速度、效率和肌肉选择方面。Paller、Slutsky及其同事正在测试中风患者是否有类似的程序，这些患者在移动手臂时有困难。

TMR的尖端版本将声音提示与慢波同步。“我们何时应用这些触发器非常重要，”威尔士卡迪夫大学的神经科学家Penelope Lewis说。她和她的同事发现，这项技术可以改善学习对象之间的关系——在这种情况下，是六组照片中的一个隐藏排名——但只有表示这种关系的声音在慢波的高峰而不是低谷播放时才有效。在一个相关的发现中，牛津大学的认知神经科学家Bernhard Staresina和现在在英格兰埃塞克斯大学的Hong-Viet V. Ngo报告说，当他们将特定的声音提示同步到慢波上升时，他们对动词-图片联想的记忆得到了改善。此外，在这一阶段进行提示延长了波形并增加了相关尖波的功率。

干预慢波睡眠也可以改变与特定记忆相关联的情感——这可能有助于提升心理健康。香港大学的认知神经科学家胡小清及其同事使用TMR技术，通过建立与积极词汇的联想，让负面记忆变得积极。他们教人们将无意义的词汇与令人不安的照片联系起来，然后在慢波睡眠期间，重新播放这些无意义的提示以及积极的词汇。研究人员在2023年报告说，之后人们对有提示的图片的反感程度比之前减轻了。同样，当积极的词汇与慢振荡上升阶段相吻合时，效果最强烈。

慢波着眠在记忆巩固中的作用现在已经得到了很好的证实，但REM睡眠的功能则不太清楚。这一阶段的梦经常看起来不合逻辑，因为大脑前额叶皮层的部分区域——控制理性思考——处于离线状态，而控制视觉、运动和情感的大脑区域仍然活跃。然而，一个新兴的理论是，在REM睡眠期间经历的奇异梦境可以缓和与记忆相关的情感，并帮助人们更广泛地理解发生在他们身上的事情。

“REM睡眠中的梦提供了一种夜间疗法，”神经科学家马修·沃克在《我们为什么睡觉：解锁睡眠和梦境的力量》（Scribner, 2017）中写道。“[它]消除了困难甚至是创伤性情感事件的痛苦刺激。”在REM睡眠期间，去甲肾上腺素——一种驱动恐惧反应（如出汗、心率加快和瞳孔扩张）的神经递质——的水平被抑制。因此，沃克和其他人说，在REM睡眠中出现的记忆与这些反应分离，从而去除了它们的情感负荷。（然而，在创伤后应激障碍的患者中，去甲肾上腺素的水平仍然很高，噩梦反复出现。）

如果这个理论是正确的，诱导人们在REM睡眠期间重温困难经历可能有助于缓解与之相关的令人不安的情感。在2021年的一项研究中，人们在将图片与特定声音联系起来，并在REM睡眠期间接触到这些声音后，对令人不安的图片的评价降低了。相比之下，当声音在慢波睡眠期间播放时，则没有效果。如果类似的方法对人们的真实记忆也有效，那么它可能是治疗抑郁症或PTSD的一条途径，刘易斯如是说。

REM睡眠中的梦也可能通过潜意识学习帮助缓解与事件相关的强大情感。人们通常不是梦见令人不安的事件本身，而是梦见一个更为温和、相关的记忆，使他们下意识地将两种经历联系起来。斯蒂克戈尔德举了一个例子：如果他在白天经历了一次擦肩而过的车祸后感到痛苦，他可能会梦到和儿子玩碰碰车。这个梦会帮助斯蒂克戈尔德意识到，如果车祸真的发生了，“可能只意味着我的挡泥板被撞凹了。[但是]我对此的反应就像是我刚刚勉强活下来一样，”斯蒂克戈尔德推测。“而这可能因为我有了这个与碰碰车相关的链接记忆而变得清晰，因为在碰碰车里没有坏事发生。”

这样，REM睡眠中的梦可以提供一种视角。“你必须让大脑构建这个梦的叙述来评估对它的情感反应，”斯蒂克戈尔德说。TMR可以用来塑造那个叙述，日内瓦的噩梦障碍研究强调了这种干预的可能性。它也可以使传统形式的心理咨询更有效。“任何心理治疗方法都旨在改变行为、习惯、思想。因此，心理治疗是一种学习形式，”日内瓦大学的认知神经科学家索菲·施瓦茨说，她是噩梦障碍研究的第一作者。“使用TMR，我们可以增强这种学习。”

大多数睡眠工程研究要求患者或志愿者来到实验室或其他机构环境，这限制了干预的范围和效果。人们不想在实验室里睡觉超过一两晚。但是，“如果技术是可穿戴和便携的，它可以合理地嵌入到某人的生活中，”牛津大学的认知神经科学家海蒂·约翰森-伯格说。“所以，即使任何单日的好处相当小，你也可以想象这些增量的好处随着时间的推移显著积累。”

这段文字主要讨论了睡眠期间增强记忆力和情绪调节的几种商业设备。这些设备包括能够收集动作和心率数据的智能手表以及能够播放声音的智能手机，它们通过机器学习模型识别深度睡眠阶段并在这些阶段触发TMR（靶向记忆再激活）声音。研究表明，在不打扰睡眠者的情况下，轻柔播放这些声音可以改善人们对物体位置的记忆。

对于噩梦问题，医生已经可以开具一款手机应用程序，该程序使用人工智能分析Apple Watch传感器的生物特征数据。当传感器检测到与噩梦相关的心率上升和不安时，手表会发出间歇性的轻微振动来打断梦境而不会唤醒睡眠者。2023年发布的针对65名有创伤后噩梦的退伍军人的试验数据显示，当他们至少有一半的时间佩戴这种设备时，显著提高了睡眠质量。

亚当·哈尔·霍洛维茨及其同事在麻省理工学院开发的一种类似手套的睡眠检测器也可能减少噩梦。该设备通过手腕和手部的接触点监测睡眠开始的生物标志。它还连接到一个应用程序，给出如“树”等语音提示，在最近的一项研究中，使小憩者梦到了树木，并增强了他们在与树木相关任务上的创造力。

尽管睡眠工程充满希望，专家警告说篡改记忆存在固有风险。刘易斯说：“你在大脑中偏见性地加强了某些记忆。”如果你每晚都这么做，谁知道这可能会引起什么样的不平衡？”这些干预措施也可能扰乱睡眠。例如，在惠特莫尔和帕勒的另一项实验中，当声音播放得太响时，记忆力实际上变得更差。“在我们准备向大众推荐之前，还有很多东西需要了解，”刘易斯说。

与此同时，这些实验加深了科学家对睡眠在记忆和情感中的作用的理解——以及它如何塑造人们对世界和自己的看法。斯蒂克戈尔德说：“这就是夜晚的意义所在。”“它是要把白天获得的所有信息与我们已有的信息整合起来，以一种帮助你构建世界运作方式和你的生活意义的方式。”

至少对于索尼娅来说，针对性记忆再激活结束了她夜间在森林中的围困。相反，有一晚她梦见自己被邀请到一个山间小屋的派对。“有一个可以看到山景的露台，”她在梦境日记中写道。“我们都出去看日落。天空是深粉红色的，天气非常美好。突然，我感到一只手搭在我的腰上……这个人牵起我的手，带我到露台中央，我们开始无音乐地跳舞。就像电影里的场景，周围的世界开始快速旋转，我人生中第一次感到肚子里有蝴蝶飞舞。”

When Dreams Foreshadow Brain Disease. Diana Kwon; February 2023. ScientificAmerican.com/archive