乔纳森·温森（Jonathan Winson）对梦境着迷。具体来说，他着迷于产生梦境转瞬即逝图像的大脑机制。但温森并未在分析师的安乐椅上度过他的职业生涯，倾听病人自由联想他们的夜间幻想。他的领域是一个实验室，里面堆满了电子设备，弥漫着动物的气味。
69岁的温森现在将他的实验室研究的动手部分留给其他人。但就在几年前，他仍然经常出现在他在纽约洛克菲勒大学的实验室里，与他的一位研究对象进行一场安静的意志斗争：一只老鼠试图爬进温森花呢夹克的袖子里，而他则轻轻地束缚着它。在那些时刻，温森那温和的灰色眼睛和灰白色的头发，看起来就像一位和蔼可亲的叔叔，照看着一个不安分的孩子。
那只老鼠戴着一顶看起来像小药盒帽子的东西。一根细长的电线从帽子拖到头顶的滑轮，然后穿过天花板，向下连接到一个几英尺外的电子盒。这根电线正在接收植入帽子下方老鼠大脑中的微小电极发出的信号。每当一个特定的神经细胞，即神经元，兴奋时，电极就会将信号传输给电线，电线再将信号发送到电子盒，电子盒会用一声尖锐的咔哒声记录下这个事件。
温森利用像这样的电极窃听神经元转瞬即逝的对话，正在检验一个多年来一直困扰他的想法——即梦境反映了一个生物学过程，通过这个过程，大脑筛选新信息并将其整合到现有记忆中。这个想法听起来很明显；我们都曾有过由白天的事件触发的梦，这些梦会激发对过去事物的回忆。然而，显而易见的事情在科学上却 notoriously 难以证明。毕竟，没有人真正知道我们为什么睡觉。至于我们为什么做梦，这一直都是精神分析学家和心理学家的领域，而不是生理学家的领域。
然而，通过记录这些老鼠神经元的活动，温森提供了第一个神经学证据，表明来自动物清醒时间的信息确实被做梦的大脑重新处理。此外，他的发现可能有助于解释我们为什么在睡眠期间周期性地做梦。温森怀疑大脑利用这些时期来执行生命中更重要的任务之一：将新经验与旧经验结合起来，并制定一个生存策略。他说，早期生命中梦的内容反映了行为计划的建立——一个深刻影响后期生活经验反应的核心计划。
温森并非第一个假设梦与记忆之间存在根本联系的人。弗洛伊德本人也直觉到这种联系，甚至试图从神经生物学机制中推导出梦的理论。但鉴于当时对大脑的知识匮乏，这一尝试最终失败，弗洛伊德转而越来越多地从心理动机来解释梦。
在弗洛伊德的精神分析学观点中，梦是由在睡眠中出现的幼稚愿望和情感组成的。自我，就像一个审查者，通常会完全压抑这些不可接受的感觉。但是当自我变得困倦并放松警惕时，无意识的欲望就会偷偷地显现出来，以梦的形式出现。然而，这些感觉是如此令人不安，以至于如果它们不加掩饰地出现，就会扰乱睡眠。所以，审查性的、即使是困倦的自我，也会用神秘的符号来掩饰它们。这就是为什么弗洛伊德认为你可以分析一个人梦境中奇特的内容，以一窥他无意识心灵的运作并理解他的心理。
然而，尽管弗洛伊德的理论影响深远，但其基础却被现代神经科学不断侵蚀。到了20世纪30年代，神经生理学家开始使用脑电图研究人脑皮层（大脑的褶皱外层，是感知和思维的所在地）的电活动。他们的记录显示，一个人大部分夜晚都处于慢波睡眠中，其特点是脑电波大而慢。相比之下，清醒的人的脑电波则表现为小而快的颤动。
20世纪50年代初，芝加哥大学研究生尤金·阿塞林斯基（Eugene Aserinsky）将电极贴在他10岁儿子的脸上，记录男孩睡觉时的眼球运动。阿塞林斯基发现，在夜间某些时候，他儿子的眼睛会同步地来回快速移动。在这些快速眼动（REMs）发作期间，呼吸加快，心跳加速。肌肉变得松弛，身体保持静止，除了四肢轻微的抽搐。
快速眼动（REM）发作还有另一个奇怪之处。此时记录到的脑电波是小而快的，类似于清醒大脑的脑电波，而不是睡眠期间典型的大而慢的脑电波。阿塞林斯基和他的导师纳撒尼尔·克莱特曼（Nathaniel Kleitman）怀疑快速的眼球运动与梦境同时发生。世界各地的睡眠实验室证实了这一猜测：当人们在REM睡眠期间被唤醒时，95%的时间他们都确认自己正在做梦。这一发现后不久，克莱特曼的另一位门生威廉·德门特（William Dement）证实REM睡眠呈周期性出现，通常每晚四到五次。总而言之，成年人每晚做梦的时间将近两个小时。
更令人震惊的发现随之而来。对猫的实验很快表明，在快速眼动睡眠期间，大脑皮层中的神经元会剧烈活动，仿佛这些动物完全清醒。大脑显然非常活跃，但它没有接收任何感官输入。它也没有像清醒的动物那样，根据指令驱动身体移动。为什么？答案在于脑干，即连接脊髓和大脑皮层的茎状下部大脑。法国研究员米歇尔·朱维特在那里发现了一些区域，它们像内部时钟一样运作，周期性地触发快速眼动睡眠及其伴随的大脑活动爆发；朱维特还发现了一簇脑干神经元，它们拦截了从皮层到脊髓的指令。当朱维特摧毁这些神经元时，昏睡的猫会站起来，扑向看不见的老鼠，并弓起它们的背；它们正在表演它们的梦境。
所以弗洛伊德错了。不是被压抑的欲望，而是脑干中的神经元时钟每晚四五次将大脑送入梦境状态。基于这些发现，哈佛大学的精神病学家艾伦·霍布森在1977年提出了一项激进的梦的新理论。他说，正是脑干对皮层的随机兴奋，解释了梦境中幻觉般的奇异性。我们的梦境是纯粹生理过程的生动副产品。
现年59岁的霍布森是一位活泼的男人，他有着迷人的蓝色眼睛和雪白的头发，头发披散在衬衫衣领上。他在波士顿马萨诸塞精神健康中心的办公室里堆满了照片、纪念品和大脑图像，其中包括几幅形似无叶灌木的脑细胞墨水画。霍布森的手指轻抚着一幅精致的神经细胞体墨水画，上面覆盖着它们伸展的轴突的深色分支。他说，其中一些可能出自卡哈尔本人之手，他指的是伟大的西班牙神经科学家圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔，弗洛伊德的同代人。
霍布森认为，梦之所以奇怪，并非因为弗洛伊德的自我掩饰了隐藏的愿望，而是因为在快速眼动睡眠期间，当眼睛快速移动时，脑干中的神经元会随机地轰击视觉皮层。霍布森说，这些信号被称为PGO波，它们似乎传达了眼睛移动方向的信息，但大脑试图将它们解释为真实的视觉数据。
所以根据我们的理论，霍布森解释说，视觉系统接收到一连串的信号，它会说，这是什么？然后它进入它的记忆库，寻找匹配，然后说，嗯，这有点像我曾经住过的那栋高层建筑。那里发生了什么？嗯，某某人当时在那里。然后就会产生一个故事来配合这个想法。然后出现了一组新的信号，与之前的数据集不兼容，故事也随之改变：哦，现在是我的奶奶家了。
霍布森说，正是这一连串的脑干信号，引导着梦境中的图像和突然的场景转换。梦是我们对这种有机大脑活动的意识，这种活动可能服务于多种目的。霍布森推测，除其他外，快速眼动睡眠可能让我们能够加速大脑的运动功能，并以可靠的模式主动测试我们所有的回路。
然而，即使霍布森也同意，脑干信号并非全部。麦吉尔大学蒙特利尔分校的脑干专家芭芭拉·琼斯说：“快速眼动状态是由脑干产生并传输到大脑皮层的，但大脑皮层也会反馈。如果你移除了大脑皮层，PGO波就会大大简化。你不能说信息只在一个方向流动。这是一个回路。”
这一证据表明，一旦快速眼动睡眠开始，更高皮层过程可能有助于协调大脑中发生的一切。但这会是什么呢？这正是温森一直抓住不放的问题。他相信睡眠——尤其是快速眼动睡眠——会触发白天信息的重新处理和巩固为记忆。
温森认为，解开快速眼动睡眠和梦境之谜的关键在于大脑中一个被称为海马体（源于希腊语中“海马”，因其形状而得名）的部分。我们有两段长达六英寸的结构，分别埋藏在大脑两侧皮层向太阳穴内凹的地方，它们对记忆至关重要。这一发现是在20世纪50年代初期，一位神经外科医生试图通过切除引起癫痫发作的大脑组织（包括海马体）来抑制一名患者顽固性癫痫时，无意中发现的。手术导致该患者无法形成新记忆。片刻之后，他便无法认出与他交谈了数小时的人。
大约在同一时间，研究人员发现海马体在某些活动中会产生一种独特的节律，这被称为θ节律。通过电极记录并在纸上描记显示，该活动呈现出电压交替的波峰和波谷，每秒六个波峰。研究发现，兔子、猫和老鼠在探索陌生地方时都会产生θ节律。兔子在被捕食者惊吓时也会产生θ节律，猫在跟踪猎物时也会产生。这些行为的共同点似乎是它们都对动物的生存至关重要。
随后，在1969年，θ节律在这些哺乳动物共享的另一种行为中被发现：快速眼动睡眠。
早在1969年，温森还没有开始他的神经科学事业。在哥伦比亚大学获得数学博士学位后不久，他的父亲病了，温森接管了家族制造业。但他长期以来一直对大脑处理记忆的方式很感兴趣，而这一将θ节律与快速眼动睡眠联系起来的发现激发了他的顿悟。他回忆道，他当时想，海马体对记忆至关重要。而在动物生存重要的活动中，海马体中出现了θ节律。现在，它又在快速眼动睡眠中出现了。我对自己说，一定有什么事情正在发生。
在职业生涯中期，温森转行成为洛克菲勒神经科学实验室的客座研究员。他20世纪70年代早期对老鼠的研究表明，θ波在海马体的两个区域产生。其他研究人员发现，θ波在内嗅皮层产生，内嗅皮层是信息进出海马体的中转站。
温森想知道，如果他敲除了位于大脑相邻部分、控制振荡的神经元，从而在不损害海马体本身的情况下使θ节律静默，会发生什么。当他这样做时，他发现那些学会使用空间线索在迷宫中找到一个位置的老鼠，再也做不到了。没有θ节律，它们的空间记忆就被抹去了。
显然，θ节律对于海马体功能至关重要，而海马体功能反过来又对记忆至关重要。但θ节律是如何参与整合和利用记忆的呢？要回答这个问题，需要解决一个基本谜团：记忆是如何形成的？朋友的脸、某集《洛杉矶法律》或微积分公式是如何被捕获在我们脑海中的？
大多数神经科学家认为记忆编码在大脑中庞大的神经元网络中。根据现行理论，新奇的经历会在网络中产生一种放电模式。之后，对这种经历的提醒，或者试图回忆它，会触发相同的放电模式。这种模式代表了记忆。它如何存储？神经生物学家认为，突触（神经元之间相互交流的连接处）的物理变化是其原因。当神经元以某种模式放电时，它们的突触连接会得到加强，更容易传导信号，从而更牢固地将模式刻入网络。
这种强化作用的令人信服的证据于1972年首次被发现。研究人员发现，如果他们用快速的电脉冲刺激海马体中的一条神经通路，该通路中的神经元在随后的刺激下会更容易放电。突触连接确实似乎得到了加强。这种变化，被称为长时程增强（LTP），已成为记忆如何存储的工作模型。
当然，1972年观察到的LTP是由长时间的人工电脉冲模式引起的，与大脑中已知的任何情况都大相径庭。但1986年，一些研究人员提出，可能存在一种诱导LTP的自然刺激，至少在像老鼠这样的低等哺乳动物中。他们说，这种自然刺激可能是θ节律。在对老鼠海马体的实验中，当以θ节律施加电脉冲时，LTP的诱导效果最好。
由θ节律诱导的长时程增强（LTP）将何种信息刻入记忆？温森观察到，在老鼠身上，θ节律与胡须运动、嗅探以及嗅球神经元的放电完美同步，因为动物正在探索其环境。θ波是否是这种感官信息存储在长期记忆中的媒介？当温森的团队在θ节律达到峰值时（模拟细胞在海马体中对感官刺激的正常放电方式），向海马体施加短电脉冲时，他们发现确实诱导了LTP。
现在，谜团的碎片开始拼合起来。当老鼠探索周围环境时，θ波冲刷着它的海马体。与此同时，它胡须和鼻子的感官信号同步爆发。这些信号与海马体中θ波的脉动同步，并激活长时程增强，留下记忆痕迹。稍后，在快速眼动睡眠中，θ波再次开启并重新激活这些神经回路，允许记忆痕迹被重新访问并与旧记忆整合。
这是一个巧妙的假设。但证据仍是间接的。为了巩固他的论点，温森需要证明新信息确实在快速眼动睡眠期间得到了重新处理。问题在于如何进行实验。一个单一事件的记忆可能需要数千甚至数百万个神经元来表示，但实验者只能通过植入电极来监测极少数神经元。温森如何能确定神经元的活动对应着特定的信息？
大约四年前，温森和他的研究生康斯坦丁·帕夫里德斯想出了一个解决方案。老鼠的海马体中有一种相当特殊的神经元，称为位置神经元，它编码着老鼠大脑中其物理空间的地图。例如，当一只老鼠在实验室的开放迷宫中奔跑时，它会根据房间里的各种地标（墙上的钟、窗户）来定位自己，每个位置神经元都会对一个独特的地点产生反应。温森和帕夫里德斯意识到，他们可以通过记录一个位置神经元来监测老鼠空间信息的处理过程。如果清醒的动物经过一个使位置神经元放电的位置，那么在快速眼动睡眠期间，同一个神经元应该会再次活跃地放电——当然，前提是他们的理论是正确的。
作为第一步，他们进行了一项探索性测试，以绘制迷宫中会激发他们记录的神经元的位置。他们将一只戴着小药盒帽子的老鼠放在迷宫的中央，迷宫有八条像车轮辐条一样向外辐射的臂。迷宫看起来像一个巨大的静止风扇倒置在杆子的顶部，让老鼠可以全景式地观察周围环境。老鼠立即开始探索。它轻快地沿着一条臂跑上跑下——胡须抽动，嗅探，观察周围环境——然后回到迷宫的中央，又轻快地沿着另一条臂跑下去。就在它穿过一个地点时，录音设备发出一连串像玩具机关枪一样的咔哒声。片刻之后，随着老鼠继续前进，声音逐渐消失。但当老鼠折返并再次穿过那个地点时，机关枪的噪音又再次响起。电极已经调谐到迷宫那个地点的一个位置神经元。
接着，帕夫里德斯阻止了老鼠进入那个地点，让它在迷宫的其他地方漫游。监视器只记录到神经元零星的信号，在老鼠忙碌的时候，神经元只是轻微地跳动。
现在是实验的关键部分。过了一会儿，老鼠蜷缩起来小憩。当动物进入快速眼动睡眠时，第二个探头发出θ波。位置神经元受到刺激，爆发出一连串的信号——一次又一次。
许多个月后，几只老鼠之后，温森和帕夫里德斯梳理了数据。温森的眼睛闪烁着喜悦，回忆着结果。一个一致的模式出现了。每当老鼠触及迷宫中的触发点时，位置神经元就会快速放电。然后老鼠移动到迷宫的其余部分，神经元就会安静下来。但在快速眼动睡眠期间，位置神经元再次剧烈活动，以有效诱导LTP的快速速率。这是一个非常令人信服的结果。
位置神经元实验提供了第一个直接证据，表明大脑在睡眠期间重新处理白天信息。但大脑为什么要费心去做呢？为什么不在清醒时一次性处理所有信息？
进化提供了原因。快速眼动睡眠出现在进化史的晚期。只有哺乳动物有它，而且除了一个有记载的例外，所有陆生哺乳动物都有它。这个奇怪的例外是针鼹，或称多刺食蚁兽。这种小型澳大利亚动物，看起来像一只过肥的刺猬，长着一张喙，是一种单孔目动物，最原始的哺乳动物——原始到它像爬行动物一样产卵。除了缺乏快速眼动睡眠外，针鼹在另一个方面也很特殊。它的前额叶皮层巨大，相对于大脑的其余部分而言，比任何其他哺乳动物（包括人类）都大。
温森解释说，针鼹的大脑必须同时执行两个功能。它必须根据过去的经验对任何新的环境挑战做出反应，并且必须用该经验中的任何新内容更新该策略。因此，大自然赋予它一个超大的前额叶皮层，这个大脑区域被认为是生存策略的制定和储存之地。
但是针鼹巨大的前额叶皮层造成了一个进化的僵局。哺乳动物的进化无法再进一步，因为头骨中没有足够的空间来容纳更多的大脑组织。为了克服这个问题，高等哺乳动物必须想出一种更有效利用大脑空间的方法——那就是快速眼动睡眠。温森提出，快速眼动睡眠让大脑重新处理白天接收到的信息，以便在有限的空间内完成更多任务。如果我们的大脑不使用这种离线方案，我们的前额叶皮层就会变得如此之大，以至于我们需要一辆手推车来搬运它。事实上，温森喜欢说，如果大自然没有发现快速眼动睡眠，我们根本就不会进化。
那么，这种大脑活动对梦境，也就是我们睡梦中闪现的夜间图像，意味着什么呢？弗洛伊德认为梦是由无意识的欲望驱动的。但霍布森认为，梦境图像是由从脑干到视觉皮层和前脑其他部分的随机信号激发的。他推测，经典的飞翔梦更可能是由快速眼动睡眠期间眼球向上翻动引起的，而不是像弗洛伊德所说的那样，由情欲冲动引起的。如果梦境反映了心理方面的担忧，那是因为大脑皮层随后试图理解这种随机的神经元活动，其解释可能揭示一个人的心理状态。这就像解释生理学的罗夏墨迹测试一样。我们试图从模糊不清的墨迹中读出意义，但它的形状（就像梦境的大脑活动一样）是随机的。
霍布森总结道，他给弗洛伊德的理论致命一击，梦不是隐藏情感的秘密表现。他惊呼道，没有伪装，没有审查！试图解释梦境中离奇、不协调的元素，就像把象征意义归因于阿尔茨海默病患者的言语一样！你试图从精神动力学上解释一个有机过程。
温森同意，梦境并非伪装。在这点上，两位研究人员意见一致。但在梦境的意义问题上，温森与霍布森分道扬镳。温森在海马体的实验使他相信，我们梦境的内容是具有重要意义的。他坚称：“我说的被选择重新处理的信息不是随机的。”换句话说，梦境的内容不是随机的。
一些梦境研究似乎确实支持这一观点。在20世纪70年代末期，一项实验让学生志愿者戴上护目镜，使世界呈现红色。随着连续的夜晚，学生的梦境系统性地变得更红。甚至在他们戴护目镜很久之前发生的事件的梦境有时也呈现出红色调，表明新旧信息的整合。
温森还相信，我们梦境的内容可以是象征性的。他怀疑梦境中的象征源于我们记忆的联想特质。正是这种特质使我们能够将玫瑰的形状不仅与它的香气、颜色、天鹅绒般的质地和尖刺的荆棘——在某一时刻冲击我们感官的信息——联系起来，还能与情人节和格特鲁德·斯坦的格言——我们在分散的事件中积累的信息——联系起来。没有人确切知道我们的大脑是如何进行这种联想的。但据推测，既然记忆在我们的思想中是相互关联的，那么它们也一定在我们大脑的神经元网络中物理地联系在一起。
温森认为，我们的梦倾向于以视觉图像和场景——即象征形式——呈现，因为所涉及的记忆机制非常古老，是在语言进化之前从低等哺乳动物那里继承下来的。因此，抽象概念只能用图像来表达，而不能用文字来表示。更重要的是，他指出，一个符号可以把几个概念压缩成一个图像。
所以，例如，你可能会梦到你考试迟到了，在一条长长的走廊里奔跑，一扇门接一扇门地打开，试图找到考场。当我们担心报告截止日期或发货日期时，我们往往会做这种梦。根据温森的理论，睡觉的大脑会在记忆网络中搜索，找到一个能以简洁、不加掩饰的方式表达多种想法——挫折、对失败的恐惧、成功的渴望、焦虑——的图像。但那个梦中也可能包含一个奇怪的成分。也许你穿着一套滑稽的衣服在走廊里奔跑，一套儿童服装，让你想起过去某个时候经历过类似感受的经历。因此，任何梦的精确含义，即使是经典的焦虑梦，也只能从你生活和记忆联想的背景中获得。
换句话说，温森的观点与其说是对梦境提供新的解释，不如说是为梦境现象提供了生物学和进化论的合理性。以类似的精神，他认为快速眼动睡眠可能提供了一种从生物学上解释无意识形成的方式。例如，精神分析研究表明，无意识心智在童年早期形成。温森指出，我们的神经回路在生命早期具有相当的可塑性，这时我们必须迅速建立我们的认知框架——一个我们将用来整合后续经验并将其解释以备将来参考的核心知识。这个过程在幼儿时期最为密集。两岁儿童每晚花三个小时进行快速眼动睡眠，比成年人多三分之一的时间。温森怀疑，在儿童时期，大部分时间都花在建立应对策略上，以帮助他们度过一生。
当然，所有这些都只是猜测，他说，并巧妙地转移了话题。我主要感兴趣的是阐明记忆在快速眼动睡眠中是如何处理的。
温森描述他最新实验的计划时，眼睛再次闪烁着光芒。在他1978年衡量θ节律重要性的实验中，温森完全消除了该节律。结果，老鼠在探索迷宫和快速眼动睡眠期间都被剥夺了θ节律。但1990年，他讲述道，佛罗里达大西洋大学波卡拉顿分校的罗伯特·弗特斯确定了脑干中一个专门在快速眼动睡眠期间驱动θ节律的部分。这使得温森和弗特斯能够设计一个迷宫实验，观察当只有这些神经元被敲除时，老鼠的记忆会发生什么变化。
如果温森的猜测准确，这些老鼠在清醒时仍会经历θ波，因此在探索迷宫时不会有任何困难。但是，如果没有快速眼动睡眠中的θ波，这些白天的记忆处理将是不可能的。随后，一系列将这些动物与对照动物进行比较的记忆测试将开始揭示这个过程是如何运作的。无论结果如何，科学都将离了解我们是否最终是梦境所造之物更近一步。
