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ハーバード大学の精神科医ジョン・アラン・ホブソンとロバート・マッカーリーによって提唱された活性化合成仮説は、夢に関する神経生物学的理論であり、 1977年12月にアメリカ精神医学ジャーナルに初めて掲載された。覚醒時とレム睡眠時の脳幹の神経活動の違いが観察され、この仮説はレム睡眠中の脳の活性化によって夢が生じると提唱している。 [ 1 ]それ以来、技術と実験装置の精度が向上するにつれて、この仮説は進化を遂げてきた。現在では、後述するAIMモデルと呼ばれる3次元モデルが、昼夜を通じた脳のさまざまな状態を決定するために使用されている。AIMモデルは、一次意識が二次意識が構築される重要な構成要素であるという新しい仮説を導入している。[ 1 ]
脳画像技術の進歩により、睡眠覚醒サイクルはかつてないほど詳細に研究できるようになりました。これらの高度な測定方法により、脳は客観的に定量化され、 覚醒、REM睡眠、NREM睡眠の3つの状態のいずれかに分類できます。覚醒状態からNREM睡眠への移行に伴い脳の全体的な活動が低下し、その後REM睡眠中に覚醒時よりも大きな程度で再活性化することが示されています。[ 1 ]意識とその下位状態である一次意識と二次意識は、脳の状態を特定する上で重要な役割を果たします。一次意識とは、知覚と感情の単純な認識、つまり脳が受け取る高度な視覚および運動協調情報による世界の認識です。 [ 1 ]二次意識は、一次意識と抽象的分析（思考）およびメタ認知要素（認識していることの認識）の両方を含む高度な状態です。 [ 1 ]ほとんどの動物は一次意識のいくつかの段階を示しますが、二次意識を経験することが実験的に示されているのは人間だけです。覚醒・ノンレム睡眠・レム睡眠のサイクルは、哺乳類の精神衛生にとって不可欠である。実験によって、レム睡眠に入ることができない動物は、すぐにレム睡眠段階に入ろうとする試みを示し、運動協調性や習慣的な運動行動に長期的な影響を及ぼし、最終的には死に至ることが示されている。また、恒温動物は体重と体温を維持するために睡眠を必要とする可能性があることも示されている。
覚醒意識とは、世界、私たちの身体、そして私たち自身に対する認識のことです。[ 1 ]これには、人間が自分自身を認識しているという認識を経験することも含まれます。これは人間に本来備わっている能力です。鏡を見て、自分が見ているのが他の人間ではなく自分自身だと認識できる能力です。覚醒状態は、タスクとデフォルトの脳状態の区別を可能にし、背景処理と前景処理の区別も可能にします。[ 2 ]覚醒状態にあることで、人は自分自身と世界を認識できるだけでなく、意識的な運動協調性を持ち、二次意識から生じる必要性と欲求の違いを理解することもできます。
単に眠っている状態と、夢を見ている状態には違いがあります。睡眠は、外界に対する意識的な認識の欠如と説明できます。つまり、この間、信号を受け取って解釈する脳の大部分が非活性化されます。一方、夢は睡眠の特定の状態であり、脳活動が強化されることが示されており、[ 1 ]主要な意識が夢を見ている間に活性化している可能性があると理論づけられています。実際、夢を見ている間、私たちは周囲を意識的に認識しており、夢の過程を通して特定の知覚と感情を確実に持っているため、主要な意識の少なくとも一部が夢の中で活性化されていることを示唆しています。
夢は、一次意識のすべての特徴を備えているが、外部からの刺激なしに脳内で生成される。覚醒状態とは異なり、脳は自分が夢の中にいて現実世界と同じではないという自分の状態を認識できない。[ 1 ]夢を見ている間、脳は一次意識の単一的な状態にあり、これにより脳はイメージや夢から単一のシナリオに対するより深い知覚と認識に到達することができる。[ 1 ]これを夢意識と呼ぶ。
睡眠の4 つの段階は、睡眠開始段階 I、深夜段階 II、および深い睡眠段階 III と IV として特定されています。深い睡眠段階 III と IV はすべて夜の前半に発生し、浅い段階 I と II は後半に発生します。標準的な睡眠検査室での測定では、睡眠と覚醒の状態は、橋脳幹内で行動的、ポリグラフ的、および心理的に現れます。これらの状態は、セロトニンやノルアドレナリンなどのアミン作動性抑制細胞とアセチルコリンなどのコリン作動性興奮細胞という2 種類の神経細胞間の相互関係によって制御されています。睡眠段階の変化は、これらのニューロンの活動曲線が交差するときに発生します。REM 睡眠段階 I は、睡眠開始段階 I のすぐ上に位置し、最も密接に関連している睡眠状態です。
ノンレム睡眠は、脳活動が大幅に低下する睡眠段階として説明できます。ノンレム睡眠には4つの異なる段階があります。脳の知覚は鈍くなったり制限されたりしますが、思考プロセスは論理的で持続的であることが示されています。[ 1 ]これらの段階では、不随意運動ではありますが、断続的な身体の動きが起こります。
REM睡眠は進化的に比較的新しい睡眠状態である可能性があり、ほとんどの鳥類や哺乳類で顕著ですが、爬虫類や他の脊椎動物にも程度は異なりますが存在します。[ 3 ] REMは急速眼球運動の略です。一般的にノンレム（NREM）睡眠の後に続く睡眠状態です。[ 3 ]橋脳幹によって部分的に制御されています。乳児はほとんどの時間をREM睡眠で過ごし、ステージ1睡眠に入る代わりに直接REM睡眠に入る場合があります。ほとんどのREM睡眠は睡眠のステージIのすぐ上で発生し、NREM睡眠中とは異なる精神能力を経験します。思考プロセスは非論理的または奇妙な場合があり、感覚と知覚は鮮明ですが脳によって内部的に生成され、身体の動きは抑制されます。[ 1 ]ほとんどのREMステージは10〜15分続き、平均的な人間は毎晩睡眠中にこれらのステージを4〜6回経験します。後続の REM 段階は持続時間が長くなるため、覚醒前の最後の REM 段階が最も長く、したがって最も鮮明な夢のイメージを持つ可能性があります。 REM 睡眠は、意識を含む多くの統合機能の準備に必要であると提唱されています。[ 1 ]これは、睡眠と夢が、翌日のプロセスに必要な、または少なくとも最適な準備であるという考えを裏付けています。 REM 睡眠段階の科学的な追跡は、橋脳幹内の神経信号によって測定できます。アミン作動性抑制ニューロンとコリン作動性興奮ニューロンの相互作用を測定することができ、アミン作動性細胞が最も活動的でなく、コリン作動性細胞が最も活動的であるときに REM 睡眠が発生します。[ 1 ]
REM睡眠は恒温動物における最近の進化行動であると述べられています。どちらの場合も、生後初期にはREM睡眠が増加します。人間の場合、REM睡眠は妊娠後期にピークを迎え、脳の発達に伴って一次意識が低下し二次意識が発達するにつれて、出生後に急速に減少します。[ 1 ]睡眠と覚醒の段階を制御する能力が発達していることから、睡眠とREMは覚醒状態の状況を予測するために自己活性化する方法として発達したと考えられます。
橋内では、これらのアミン作動性抑制ニューロンとコリン作動性興奮ニューロンのモデリングと追跡は、PGO波の研究によって行われます。[ 4 ]これらは周期的に発生する位相波であり、橋脳幹（P）、視床外側膝状体（G）、および後頭皮質（O）から発生します。アミン作動性モノアミンであるセロトニン、ノルアドレナリン、ヒスタミン、およびドーパミンは、アセチルコリンコリン作動性信号とバランスが取れており、認知の調節に役割を果たしています。アミン作動性細胞信号強度は、REM睡眠中に最も低く、NREM睡眠中に増加し、覚醒時に最も高くなります。コリン作動性細胞信号強度は、REM睡眠中に最も高く、NREM睡眠中に低下し、覚醒時に最も低くなります。睡眠状態と位相の変化は、2つの活動経路が交差するときに発生します。
意識の発達は、夢の中でより明確に定義できる、より原始的な仮想現実生成器を基に構築され、利用される、段階的で時間のかかる生涯にわたるプロセスです。[ 1 ]そのため、生涯を通じて二次意識を発達させるには、レム睡眠中に動きや感情を経験する想像上の自己を作り出す空白の意識が必要です。[ 1 ]これは意識とは関連付けられていない実験的な状態であり、この状態、つまり原意識は、幼少期に到達できます。この原意識は、意識が発達するための構成要素として脳によって人生の早い段階で作成される原自己であり、夢によって生成される外部入力の固有の予測を提供します。
ホブソンとマッカーリーは1970年代に、覚醒-NREM-REM睡眠サイクルの違いはアミン作動性REMオフ細胞とコリン作動性REMオン細胞間の相互作用の結果であると最初に提唱した。[ 5 ]これは活性化合成モデルとして認識され、REM睡眠中の脳の活性化が夢の創造の合成をもたらすと述べている。[ 1 ]ホブソンの5つの主要な特徴には、強烈な感情、非論理的な内容、明らかな感覚的印象、夢の出来事の無批判な受容、および記憶の困難さが含まれる。[ 6 ]
当初の提案以来の技術の発展により、新たな実験データが収集され、神経制御のメカニズムの詳細がさらに解明されました。意識状態は3つの値で記述できることが判明しており、AIMモデルは、これらの値を用いて覚醒と夢の類似点と相違点を表現するモデルです。これは、脳のさまざまな状態と、昼夜を通じたそれらの変動を記述する3次元状態空間モデルです。Aは活性化、Iは入出力ゲーティング、Mは変調という3つの異なる値で構成されています。ただし、このモデルには、REM睡眠と覚醒を区別する脳活動の領域差をまだ説明できないという限界があります。その他の限界としては、ヒトにおけるMを定量的に特定および測定できないことが挙げられます。覚醒時および一次意識と二次意識の活性化時には、A、I、Mの値が高いことが観察されていますが、REM睡眠時にはAの値が高いものの、IとMの値が低いことが観察されています。[ 1 ]
原意識とは、睡眠中に生じる意識の原型であり、その上に他の精神的な意識プロセスが構築される。幼少期には、この原意識において、意識の二次的な側面が一次意識によって最初に発達し、検証されると言われている。そして、原意識の原型がさらに拡張、発達し、二次意識のより鮮明な観念や表象を生み出すにつれて、人は生涯を通じて徐々に二次意識を高めていくことができる。
覚醒中に活性化して信号を送る脳の大部分は、ノンレム睡眠中は不活性になり、レム睡眠中に再び活性化される。これは、脳とその神経回路が可塑性があり、特に活性化と不活性化において自己調節的であるという事実に基づいている。これは、中脳の黒質のドーパミンニューロン破壊後の眠気の発生と、覚醒プロセスを開始させる視覚的手がかりである網様体賦活系の発見という2つの実験で観察された。覚醒意識は睡眠に依存している。[ 7 ] [ 8 ]これらの研究の後、活動レベルと意識の質は脳の活性化と不活性化の関数であることが明らかになった。[ 1 ]
脳の内部活性化は、外部感覚入力と運動出力の両方の抑制と関連していることが示されています。[ 1 ]これは、REM睡眠中は脳が積極的にオフラインに保たれ、脳幹が脳幹内の入出力ゲート制御を介して因子IとAの協調を保証することを意味します。[ 9 ] PGO波は、位相協調を介して知覚と微細運動制御の構成要素を構成しながら、脳が睡眠状態を維持する能力に役割を果たしています。[ 10 ]したがって、PGO信号は夢の視覚イメージの構築に使用されていると提案されています。[ 11 ]
アミン作動性ニューロンの神経調節物質の放出は脳に広範な化学的影響を及ぼし、処理した情報の記録を保持するか破棄するかを他のニューロンに指示します。[ 12 ]調節のメカニズムは現時点では不明であり、調節はまだ定量的に特定されていません。定性的に、アミン作動性調節は覚醒時に強く、睡眠中は弱いことが示されていますが、さらなる研究が必要です。計算神経科学の分野から、AIM モデルを支持する多数の研究が生まれています。特にメタ学習理論は、これらの神経調節物質がどのように動的学習を促進するかを説明していますが、 [ 13 ]一連の解釈モデルはすべて AIM モデルと一致しています。
3 次元 AIM モデルは、覚醒-NREM-REM の脳状態のサイクル中に脳が常に動的に変化しており、AIM によって記述されるこの状態空間には、主要な 3 つの領域以外にも無限の数のサブ領域があることを示している。[ 14 ]このモデルは、睡眠中の原意識による脳の活性化が、覚醒意識や問題解決などの他の高次脳機能の発達と維持に必要であると提唱している。また、覚醒意識の状態は、脳内の広範な皮質構造の進化により人間にのみ存在する可能性があると示唆している。[ 1 ]夢は、覚醒意識に似ているが異なっている脳の状態であり、両者の相互作用と相関が、両方の最適なパフォーマンスに必要である。脳波による脳活動を測定したある研究では、ホブソンの AIM モデルを使用して、夢の意識が定量的に覚醒意識と非常に似ていることを示した。[ 15 ]
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