健康成人和家兔腦電圖的比較研究:夢象荒誕離奇特性的實驗分析與驗證

史均翰，王 軍(渭南師院夢象研究中心，渭南 714000;通訊作者，E-mail:09132135116@sohu.com)

古今中外，夢象一直是吸引人們關注、誘惑人們探索的對象。事實上，由于夢象的五花八門和難以驗證，長期以來人類對于夢象的理解與描述幾乎一直處于猜測和遐想水平。古埃及和美索不達米亞人相信夢源天意，即上帝旨意通過夢境傳達人類［1，2］。這一信念一直延續到古希臘和古羅馬時期才逐漸發生改變。

我國古代的王廷相提出“因衍之感”，即人在睡眠中，無意識不自覺地運用“舊之所歷，晝之所為”保存在記憶中的材料進行聯想、想象和構思，這一過程稱為因衍。20世紀初奧地利心理學家弗洛伊德致力于夢象的心理分析，提出所謂夢的六大特征，即原始性、沖動性、非邏輯性、非時空性、非道德性、非語言性。他在《夢象解釋》一書中提出了風靡一時的夢象夙愿得償(wish－fulfillment)的學說［3］。

有關睡眠和夢象的現代神經生物學研究起于20世紀50年代初快眼動(REM)睡眠的發現［4］以及夢境和 REM睡眠關系的確認［5］。半個多世紀以來，有關睡眠和夢象的研究與探討方興未艾，成為神經科學、心理學和神經精神學等多學科的共同熱點之一。早期的實驗研究大多集中于睡眠和夢象產生的神經生物學機制［6－8］，后來擴展到夢象的心理現象的分析［9，10］及其與神經和精神疾患的聯系［11，12］。另一些學者則收集了大量夢境，對其內容進行分析，得出了影響比較廣泛的夢境荒誕(dream bizarreness)學說［13，14］。夢境荒誕離奇幾乎人人都有體會，即便所謂有理性、近思維的夢境也常常不合邏輯，與實際相去甚遠。但夢象何以如此荒誕離奇只有一些心理方面的分析，還未見神經生物學證據的報告。

迄今為止，腦電圖(EEG)仍為夢象研究中最普遍采用的實驗手段［6－9］。生理睡眠周期的最后階段，即 REM 睡眠被證實為有夢睡眠期［4，5］。為了探討夢境荒誕離奇的根源，本研究采用實驗神經生物學手段，對腦神經活動的最基本現象—腦電圖進行記錄、比較和分析，并從生物進化的角度對夢象的本質進行探討，而不涉及夢象的具體內容及其可能的心理學意義。

1 材料與方法

1.1 實驗記錄與觀察

實驗記錄與觀察是對人和動物的腦電圖和所伴隨的行為活動進行連續觀察和記錄，由渭南師范學院心理夢象研究中心與渭南市中心醫院神經內科兩方面合作進行。

實驗對象分三組:一是渭南市中心醫院內科收住的非腦部疾病患者(n=3，年齡15－35歲，每例檢測1－3次);二是在渭南師院校大學生志愿者(n=4，年齡18－25歲，每例檢測2－3次);三是被試動物，雄性健康家兔(n=4，每例檢測2次)。每組觀察對象在不同時間重復進行記錄觀察，單位以人次或次計。全部實驗記錄觀察均在2008－07～2008－11期間完成。非腦部疾病患者腦電圖資料在2008－02～2009－10期間收集。

實驗記錄由腦電圖技師使用多道腦電圖儀連續記錄被試人員和家兔腦電圖，以24 h為單位。按文獻慣例，我們把睡眠周期簡化為非快眼動(NREM)睡眠和快眼動(REM)睡眠期。從清醒轉入睡眠，經由一個短暫過渡期(也稱昏睡期)進入NREM期，由淺逐漸轉深，進入通常所稱的熟睡期或慢波睡眠(SWS)期;再轉入REM期，即通常所謂的有夢睡眠期。如此周而復始，每晚重復3－5次，其相關參數亦分別統計。我們還同時觀察受試對象的行為變化(可逆性意識喪失)，并結合腦電圖的變化對觀察對象的睡眠周期和階段進行判斷。結果分析腦電圖由腦電圖技師測量;結果由實驗設計者進行對比和統計分析。

1.2 檢測驗證

檢測驗證部分包括兩個步驟。一是由設計者分別計算出人腦除大腦、小腦和延髓外之腦干復合體和邊緣系統(通常所謂的“人腦生夢部位”包括爬蟲復合體［15］，即腦干復合體、邊緣結構和枕葉皮層)的體積數、重量數、神經元數、可容比特數、所含基因數。二是由設計者分別計算出家兔腦相應結構之體積數、重量數、神經元數、可容比特數、所含基因數，并將兩組數據進行比較分析。我們對3只福爾馬林灌注的成年家兔的腦組織的體積進行了測量，以此計算其信息容量。而成人腦體積容量引自教科書或專著［16，17］，并以此為基礎進行計算。

1.3 數據處理

腦電圖技師測量的健康成人和家兔不同生理狀態下的腦電圖波形參數(主要包括波形的幅度和頻率)以±s表示。數據由實驗設計者進行統計學處理和比較分析。測得的兩組數據(幅度和頻率)先進行雙項變異分析(ANOVA)檢驗，再進行后Dunnett比較。顯著性水平(P值)取0.05為界(雙側)。

2 實驗結果

2.1 正常人EEG記錄

我們觀察到，清醒時的腦電圖為低幅快波，并混有與外界傳入信號相關的高幅慢波。入睡后即進入NREM睡眠。此時的腦電波變得平穩，會出現單一的睡眠梭(時相性快波)，并逐漸過渡到SWS期。最后進入REM睡眠期。此時的腦電圖以不規則低幅快波為主，其腦電波頻率比清醒時慢一些，常混有少量快波，類似思睡期的腦電圖。此期間的特征性行為表現是快速眼球運動(REM)，并伴有頻繁而不自主的肢體抽搐(生理性的睡眠肌陣攣)。

清醒和睡眠狀態由實驗觀察者按被試者的腦電圖和行為表現予以區分記錄。觀察結果表明，由清醒狀態進入熟睡期，即腦電圖由低幅快波變為高幅慢波，是一個逐漸轉變過程，通常需要20－40 min，平均(28.5±4.7)min;n=12人次。隨后高幅慢波不斷增多，大約30 －40 min，平均(35.7 ±7.8)min后慢波突然消失，轉變為低幅快波，即進入REM期，此期持續約5－25 min ，平均(18.1 ±11.7)min，再進入下一個NREM期或轉入蘇醒狀態。這樣的睡眠周期每晚重復4次(7人次，70%)，5次(2人次，20%)或3次(1人次，10%)。隨著睡眠的進程，在每個周期內，NREM時程逐漸減少而REM時程逐漸增加。測量數據顯示，正常健康成人的腦電波幅度和頻率在清醒狀態下分別為(2.2±0.35)μV和(9±2.1)Hz，22人次;非快眼動或無夢睡眠狀態為(8.8 ±3.2)μV 和(1.5 ±0.78)Hz，12 人次;快眼動或有夢睡眠狀態(2.1 ±1.5)μV 和(5.5 ±1.5)Hz，12人次(見表1)。這些數據與我們以往積累的多例非中樞神經系統患者(n=7人次)的腦電圖一致。

表1 健康成人和家兔不同意識狀態下的腦電圖參數比較Table 1 Measurements of EEGs of healthy volunteers and rabbits under different conscious status

2.2 健康家兔EEG記錄以及與人EEG的比較

進一步測量結果顯示，家兔清醒狀態下的腦電圖波幅和頻率分別為(2.2 ±0.55)V 和(4.5 ±1.1)Hz(n=9)。將人和家兔的腦電圖測量參數進行統計學分析，表1結果顯示，與家兔清醒狀態下的腦電圖波幅度相比，人清醒和有夢睡眠時與其相當(P＞0.05)，但熟睡狀態則顯著偏高(P ＜0.05);與家兔清醒狀態下的腦電圖頻率相比，人有夢睡眠時與其相當(P ＞0.05)，但清醒時則顯著增快(P ＜0.05)，而熟睡時則顯著偏慢(P＜0.05);如果將腦電圖波的幅度和頻率綜合考慮，只有人有夢睡眠時的腦電圖像和家兔清醒時的腦電圖像最為相似或無顯著差異(P ＞0.05)。

圖1為節選的受試人員枕葉與被試家兔額葉的腦電圖圖像。其中圖A，B分別顯示受試學生在清醒狀態(AWAKE)、熟睡狀態(NREM或SWS)和有夢睡眠狀態(REM)期間的腦電圖。圖C，D分別為節選的2例家兔清醒狀態之腦電圖。將這些具有代表性的腦電圖圖像進行直接目測法比較發現，家兔AWAKE時的腦電圖和正常健康成人AWAKE時的腦電圖幅度相當但頻率偏慢，與正常健康成人NREM睡眠期相比，幅度明顯偏小而頻率較快，但與正常健康成年人REM睡眠期，即有夢睡眠狀態時腦電波幅度和頻率均十分接近。

圖1 健康成人和家兔不同生理狀態下的腦電圖變化Figure 1 Changes of EEG of healthy volunteers and rabbits under different conscious status

2.3 實驗檢測

通過測量3只福爾馬林灌注的成年家兔的腦組織體積，成人腦體積容量引自教科書或專著［16，17］，以此計算出的信息容量如下:①人腦體積如不把小腦(主管運動的協調與控制)和丘腦(感覺傳入)計算在內大約有100億神經元并含有大約10萬億比特。而大腦皮質占整個人腦皮質的96%，因而人腦的邊緣系統與爬蟲復合體再減去延髓部分，其神經元約為3.5億，其信息容量約為3 500億比特。②成年家兔腦的體積大約是13 cm3，擁有幾億神經元和幾千億比特。③人的遺傳基因數與哺乳動物(包括家兔)基因數均為10億比特左右。

3 討論

動物實驗發現，REM期的特征性腦電活動是起源于腦干復合體的腦橋并經丘腦外側膝體到達大腦枕葉皮層的特征性電位波，即所謂腦橋－外膝體－枕葉皮層(PGO)波，這被認為是觸發REM期夢境產生的神經生物學基礎［6－8］。在睡眠及睡夢的實驗觀察中，腦電圖記錄一般是多道連續記錄，但在觀察結果和測量分析時大多選取受試人枕葉皮層(即視覺皮層)的圖像［8］。動物實驗中，家兔腦電圖的記錄方法亦相似—多道連續記錄。資料分析則多選取大腦前額葉的圖像［18］。本實驗在收集人和動物腦電圖資料時亦采用多道連續記錄;結果測量和分析也分別節選人腦枕葉區和家兔大腦前額葉區的記錄圖像。此外，腦電圖記錄得以普及應用的原因之一在于其無創傷性。但通常由顱外記錄到的腦電信號幅度較小且個體差異較大，但其頻率比較穩定，個體差異不大，能比較可靠地反映受試者(人和動物)記錄部位腦區的神經電生理活動狀態。所以，我們所選用腦電圖及其記錄方法，包括受試人和動物，都具有恰當的代表性，符合本實驗的目的和文獻慣例。需要指出的是，家兔腦電圖亦隨其睡眠周期而變化，并伴有相應的行為改變［15］;但我們所感興趣的是該動物清醒狀態下的腦電圖。有趣的是，家兔在清醒安靜狀態下的腦電圖和REM睡眠時的腦電圖不僅圖像相似，其腦電波能譜亦幾乎完全相同［19］。

在現代神經科學研究中，對神經元形態的觀察已深入到樹突棘和軸突終扣(二者均小于1 μm)以及亞細胞水平。對于一個結構均勻的神經核團的神經元數目也能做出比較準確的估計。但大腦是一個結構十分復雜的龐大器官，對其神經元的總數目至今未有一個令人信服的統計數據。相反，現有的有關大腦總體及其相關結構和某一種神經元的數目及其所形成的突觸數也都處于“估計”水平，各家所持數據差異甚大。我們的分析驗證主要是從宏觀水平著手，對大腦中與夢象相關的神經結構以及家兔相應中樞神經結構及其信息容量予以大體估算，并借以窺測這兩個不同種屬大腦中相應結構在從生物進化過程的平行和接近程度。比特(bit，binary digit)于20世紀60年代用于神經信息編碼的量化描述。嚴格地講，只有“全”或“無”式的動作電位符合這種二進制的數學描述;神經元之間的信息傳遞主要通過突觸完成，而突觸之間的信息傳遞符合概率規律。這樣，比特只能用于描述神經網絡信息活動的特殊狀況—最大信息容量，大致相當于神經網絡的突觸數量。我們的檢測數據表明，人腦生夢部位，即腦干復合體(亦稱爬蟲復合體)、邊緣系統和相關大腦皮層與家兔相應腦結構體積數類似、重量數類似，神經元數類似，信息容量類似，基因容量類似。這些相似性提示，類似的神經功能或活動過程也可能在這兩個完全不同的種屬相應的中樞結構系統中分別進行、發生。

本實驗記錄觀察了人腦清醒、無夢睡眠和有夢睡眠三種生理狀態下的腦電圖和家兔清醒狀態下的腦電圖，并將其進行測量比較。結果發現，人清醒狀態下的腦電圖與家兔清醒時的腦電圖明顯不同;人無夢睡眠時的腦電圖與家兔清醒時之腦電圖差別很大;而人有夢睡眠時的腦電圖與家兔清醒之腦電圖像十分相似(圖1)。我們的統計數據也表明這一點。家兔清醒時的腦電圖與人有夢睡眠時的腦電圖十分類似，而與另外兩種狀態下人腦電圖明顯不同，這些觀察結果和我們實驗假設相符，即“人在夢境中的決斷具有動物性”。需要指出的是，本文的“決斷”是指認知與抉擇，即現代漢語中拿主意、做決定之意。所謂“動物性”是指生物學公認的主宰動物生存所必需的行為，即食欲、性欲、生存欲，與文獻中廣泛使用的夢境荒誕離奇所指相近。

現已清楚，夢境不僅發生在REM睡眠期，亦可在NREM睡眠階段產生。但兩個不同睡眠階段所發生的夢境的內容和頻率都不同。NREM睡眠期的夢境往往帶有一些理性的想法而沒有明顯的人物與情節;最新研究還表明，NREM睡眠與學習和記憶密切相關［20］。與此相反，REM睡眠期的夢境大多荒誕雜亂，不符合常理。后者則是本文所研究和探討的對象。這些資料提示，如果不把夢境的神經生物學基礎闡明，不把夢象按其發生的睡眠期進行合理分類，而試圖對所有的夢象內容進行心理學解釋，必然得出相互矛盾、無法統一的結果。

夢象通常被視為一種心理現象，能否用神經生物學手段進行觀察和研究曾一直沒有定論。20世紀50年代初REM睡眠與夢境活動的關系得到確認［4，5］，隨后大量的動物實驗研究結果和臨床觀察表明，參與夢境活動的中樞神經結構包括腦干腦橋復合體(不含延髓)、丘腦、部分大腦皮層及邊緣系統等中樞神經結構［16］。與清醒狀態下的大腦意識活動在大腦皮層前額葉的協調和控制下進行不同，睡眠期間大腦前額葉處于深度抑制狀態;在REM睡眠期，起源于腦干中部腦橋的PGO波經丘腦外膝體到達枕葉皮層的同時，直接或間接地激活邊緣系統的下丘腦、杏仁核等邊緣結構。這一上行神經系統的活動被認為是夢境發生的神經生理學基礎［6－8］。Llinás等認為，睡眠時大腦與外界的聯系中斷，但大腦是一個從不“休息”的器官，夢境則是大腦自主活動的表現［21］。Hobson等認為，夢境是大腦在不受外界“干擾”情況下自主活動、合成的“副產物”，不具任何生物學意義［6］。Cavallero等也認為，夢境并不創造任何新東西，只是把原有的記憶信息以原始的方式結合在一起而已［22］。這些觀點都從神經生物學角度對夢境的發生原理進行了剖析，認為夢境不是大腦正常活動的生理性產物;而我們的研究則是采用實驗的手段，提供了夢境荒誕離奇的神經生物學證據。總之，這些資料表明，失去大腦意識活動的協調和控制作用是人夢境離奇荒誕的神經生理學基礎。

腦生物電是大腦生理功能活動的基礎，深入研究人腦的生物電活動規律和機制是破譯人腦功能密碼的必要途徑，因而腦電圖是研究人腦科學奧秘的重要工具之一。通常所謂的腦電圖就是通過記錄電極在頭皮某一部位記錄到相應位置深部大腦皮層細胞群的自發性、節律性突觸后電活動情況。不同腦區或同一腦區不同功能狀況下的腦電圖不同，腦結構相似的動物種類之間的腦電圖也可能相似。人和家兔及貓等哺乳動物的大腦皮層均為5－6層的板層結構，其腦電波的基本圖像也相似，相似的圖像變化過程也反映了同樣或相似的神經生物活動現象。同理，家兔清醒之腦電圖與人有夢睡眠之腦電圖相似，說明家兔腦與人腦生夢部位(被稱之為古皮質、舊皮質的邊緣系統與爬蟲復合體［15］)的結構復雜程度以及功能的進化程度類似，而與此相關的信息整合的內容和方式亦應類似或接近［16］。因之，人有夢睡眠期間參與夢境發生的腦區的神經生物活動過程具有動物性，像動物那樣整合的儲存記憶與現有的體內外刺激而形成夢是很自然的。

動物不能用語言表達其夢象的內容，甚至難以判定其有無夢境發生。但哺乳動物，包括貓、狗、家兔和鼠類的睡眠周期性和階段性以及REM睡眠時的腦電、肌電、眼球運動及體溫的動態變化幾乎和人體完全一致［7，8］，提示哺乳動物在REM睡眠時很可能有夢境產生。最近有人指出至少狗會做夢［23］。眾所周知，動物實驗是理解和闡明人體功能活動及其機制的最基本最常用手段，前人桑代克研究人的心理機制、巴甫洛夫研究人腦神經機能都是從動物實驗著手。我們研究人夢像的特性用動物實驗(家兔)進行觀察比較，從原則上講也應該是可行的。按邏輯思維方法，人腦生夢部位和家兔腦相關結構是可以進行比較的。我們根據和人夢境形成有無聯系的標準，把和人夢有關的腦結構與家兔腦相關部位進行對照比較，得出二者在神經形態方面的相似性，從而在此方面屬于同類，并得出人生夢部位的腦結構與家兔相應的腦部在功能方面的相似性，繼而得出人腦生夢部位具有動物性屬性的結論。這樣，我們不僅按比較的要求對事物內部矛盾的各方面進行了一般的比較，而且進行了事物內部的深入到細胞水平的微觀結構有關方面對比，如可容信息數、可容基因數等方面的對比，以增加我們實驗假說、驗證方法和所得結論的可靠性。卡爾·薩根指出:“夢態中類似動物所做的事可以理解是爬蟲復合體［17］和邊緣系統的活動，偶爾也有新皮質右半腦活動的強烈直觀見解……從進化來看，做夢是哺乳動物的原始功能”。這一觀點和本研究的假設、方法和結論十分吻合。

最后需要指出的是，上述起源于腦干的PGO波既觸發夢象發生，也能在大腦的某些區域誘發可塑性變化［24，25］。已知神經元可塑性變化是大腦學習記憶活動在細胞水平的反映［20，26］;已有實驗資料表明，有夢睡眠期間，當日的程序性訓練，即運動技巧學習，得到加強和鞏固;如果人為地壓抑PGO波的發生，其運動技巧的獲得也變得緩慢［27，28］。但目前尚無夢境本身和運動技巧的獲得有任何聯系的直接實驗證據。

致謝:參與本研究的實驗技術工作的有渭南師院陳蘭萍、梁艷玲、孟宗宏、馬雅菊、王亞娟和趙姝萍;渭南市中心醫院張志俊、張進社和程月芳。謹對為本實驗與研究提供幫助的渭南師院科研處王雙喜教授、孫紅梅干事，物理系王菊俠教授，化學系劉亞強教授，生命科學系盧愛崗主任、張萬海副教授，教育科學系傅俊賢教授、秦文孝教授、董建穩副教授，體育系張虎主任、秦華副教授，圖書館原館長劉志濤先生、楊曉云副教授，數學系王云山副教授、張泉林副教授，藝術系王新惠教授、外語系王仰義副教授致以衷心的感謝。感謝西雅圖兒童研究所韓中勝博士和浙江大學心理系翁旭初教授惠閱本文初稿并提出修改意見。

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