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當我們做夢時，大腦充滿了嘈雜的神經活動，就像清醒時一樣。加利福尼亞大學伯克利分校的研究人員在這些雜音中找到了代表做夢或快速眼動（REM）睡眠的神經活動片段。這一發現或許會讓我們更容易檢測出現睡眠障礙、昏迷不醒以及處於麻醉狀態下的人。

每年都有數十萬的人會通過過夜研究來診斷自己的睡眠問題，而伴隨着大多數人逐漸從清醒到深度慢波睡眠，再到快速眼動睡眠，他們的大腦活動也會一直處於腦電圖（EEG）的監視下。但是，腦電圖本身並不能說明病人是醒着還是在做夢，醫生只能通過記錄的雙眼活動、肌肉緊張度（熟睡時，身體肌肉會放鬆到一種基本麻痹的狀態，防止我們在睡夢中醒來），來辨別快速動眼睡眠。

論文的通訊作者、神經科學教授Robert Knight說：“我們現在真的擁有了一種標準，能判斷你是否處於快速眼動睡眠。這是一種判斷有無意識的通用標準。”這篇論文在線發表於eLife上。

論文的共同作者、加州大學伯克利分校心理學和神經科學教授Matthew Walker說：“這些新發現顯示，人腦電活動信號的存在一些簡單、特殊的標記。如果我們測量這種簡單的電活動標記，就能在第一時間準確辨別某個人的意識正處在什麼階段——做夢、完全清醒、麻痹還是深度睡眠。”

而這種通過腦電圖辨別快速眼動睡眠的能力，讓醫生能監視處於麻痹狀態的病人，以此來研究麻藥引發的無意識與正常睡眠的區別。目前，這個問題仍未得到解決。這也是文章的第一作者、麻醉醫生Janna Lendner發起這項研究的主要原因。

Lendner是加州大學伯克利分校的麻醉學博士後，目前正在德國圖賓根大學醫學中心進行第四年的學習，她說：“我們經常和病人說‘你現在要睡覺了’，我很好奇麻醉和睡覺這兩種狀態在多大程度上重疊的。麻醉會產生一些副作用，如果我們對兩者的產生原因有一定的瞭解，實際上，麻醉或許劫持了某些睡眠通路。利用這項研究，我們也許可以改善麻醉措施。”

正如Walker 在2017年出版的《我們爲什麼要睡覺》中寫道：“睡眠讓我們能更好地進行多種活動，包括學習、記憶、做邏輯決策和選擇等。它能維護着我們的身心健康，重新調節大腦的情緒迴路，讓我們以冷靜沉着的頭腦應對第二天的社交和心理挑戰。”而睡眠中斷則會擾亂以上的所有活動，增加身理、心理和神經性疾病的風險。

大部分睡眠研究都聚焦於同步而有節律地流經大腦神經網絡的電磁波，從標誌着深度睡眠的慢波（一般出現在睡眠的前幾個小時）到代表做夢的更高頻率的電磁波。一些腦電波會突然出現通常的腦神經活動之上，通常會被視爲噪聲而忽略。

但是，Knight和他的研究團隊已經對這種“噪聲”研究了十餘年，並發現它包含着一些關於大腦狀態的有效信息。比如在2015年，他和目前就職於加州大學聖迭戈分校的前博士生Bradley Voytek發現高頻率腦電活動的數量會隨着年齡而增加。Lendner現在發現，相對於低頻率的腦電活動，這些高頻率活動纔是快速眼動睡眠的獨特標記。

他們的測量方式能區分不同頻率下的大腦活動——有多少神經活動的頻率在每秒1個週期到50個週期之間，並求出斜率（1/f），即數值下降的速度。與清醒或麻醉時相比，1/f的驟降在快速眼動睡眠時更劇烈。

Lendner說：“這種沒有節律的背景活動，被我們忽略很長時間了。有時候它被稱爲噪聲，但其實不是；它攜帶着大量的信息，也包括潛在的喚醒水平。這種標準讓只看腦電圖來區分快速眼動睡眠和清醒成爲了可能。”

由於慢波與大腦中的抑制性活動相關，而類似清醒時的高頻率活動與興奮行爲相關。因此，這種劇烈的驟降或許意味着腦中有很多活動，包括那些與肌肉運動相關的神經活動，它們在快速眼動睡眠時會被抑制。

Lendner在用腦電圖頭皮電極記錄了20個人大腦的夜間活動後，找到了這種典型的判斷標準。其中有10個人腦部曾植入電極，這是在癲癇手術前查找病因的必要檢查手段。目前，他正在回顧昏迷患者的腦記錄，以瞭解他們的腦活動在一天中是如何變化的，以及1/f是否能被用於檢測昏迷發生的可能性。

Knight說：“更重要的是，我認爲這是評估昏迷狀態的另一個指標。1/f非常靈敏，它可以使用的情況是，比如有人意識模糊且無法動彈，以及病人是否比你想象的更清醒。”