Neurobiology and clinical implications of lucid dreaming

Several lines of evidence converge to the idea that rapid eye movement sleep (REMS) is a good model to foster our understanding of psychosis. Both REMS and psychosis course with internally generated perceptions and lack of rational judgment, which is attributed to a hyperlimbic activity along with hypofrontality. Interestingly, some individuals can become aware of dreaming during REMS, a particular experience known as lucid dreaming (LD), whose neurobiological basis is still controversial. Since the frontal lobe plays a role in self-consciousness, working memory and attention, here we hypothesize that LD is associated with increased frontal activity during REMS. A possible way to test this hypothesis is to check whether transcranial magnetic or electric stimulation of the frontal region during REMS triggers LD. We further suggest that psychosis and LD are opposite phenomena: LD as a physiological awakening while dreaming due to frontal activity, and psychosis as a pathological intrusion of dream features during wake state due to hypofrontality. We further suggest that LD research may have three main clinical implications. First, LD could be important to the study of consciousness, including its pathologies and other altered states. Second, LD could be used as a therapy for recurrent nightmares, a common symptom of depression and post-traumatic stress disorder. Finally, LD may allow for motor imagery during dreaming with possible improvement of physical rehabilitation. In all, we believe that LD research may clarify multiple aspects of brain functioning in its physiological, altered and pathological states.

Neurobiology and clinical implications of lucid dreaming

Several lines of evidence converge to the idea that rapid eye movement sleep (REMS) is a good model to foster our understanding of psychosis. Both REMS and psychosis course with internally generated perceptions and lack of rational judgment, which is attributed to a hyperlimbic activity along with hypofrontality. Interestingly, some individuals can become aware of dreaming during REMS, a particular experience known as lucid dreaming (LD), whose neurobiological basis is still controversial. Since the frontal lobe plays a role in self-consciousness, working memory and attention, here we hypothesize that LD is associated with increased frontal activity during REMS. A possible way to test this hypothesis is to check whether transcranial magnetic or electric stimulation of the frontal region during REMS triggers LD. We further suggest that psychosis and LD are opposite phenomena: LD as a physiological awakening while dreaming due to frontal activity, and psychosis as a pathological intrusion of dream features during wake state due to hypofrontality. We further suggest that LD research may have three main clinical implications. First, LD could be important to the study of consciousness, including its pathologies and other altered states. Second, LD could be used as a therapy for recurrent nightmares, a common symptom of depression and post-traumatic stress disorder. Finally, LD may allow for motor imagery during dreaming with possible improvement of physical rehabilitation. In all, we believe that LD research may clarify multiple aspects of brain functioning in its physiological, altered and pathological states.

The influence of visual inter-hemispheric connections on spiking, assembly and LFP activities, and their phase relationship during figure-ground stimulation

Desde os descobrimentos pioneiros de Hubel e Wiesel acumulou-se uma vasta literatura descrevendo as respostas neuronais do córtex visual primário (V1) a diferentes estímulos visuais. Estes estímulos consistem principalmente em barras em movimento, pontos ou grades, que são úteis para explorar as respostas dentro do campo receptivo clássico (CRF do inglês classical receptive field) a características básicas dos estímulos visuais como a orientação, direção de movimento, contraste, entre outras. Entretanto, nas últimas duas décadas, tornou-se cada vez mais evidente que a atividade de neurônios em V1 pode ser modulada por estímulos fora do CRF. Desta forma, áreas visuais primárias poderiam estar envolvidas em funções visuais mais complexas como, por exemplo, a separação de um objeto ou figura do seu fundo (segregação figura-fundo) e assume-se que as conexões intrínsecas de longo alcance em V1, assim como as conexões de áreas visuais superiores, estão ativamente envolvidas neste processo. Sua possível função foi inferida a partir da análise das variações das respostas induzidas por um estímulo localizado fora do CRF de neurônios individuais. Mesmo sendo muito provável que estas conexões tenham também um impacto tanto na atividade conjunta de neurônios envolvidos no processamento da figura quanto no potencial de campo, estas questões permanecem pouco estudadas. Visando examinar a modulação do contexto visual nessas atividades, coletamos potenciais de ação e potenciais de campo em paralelo de até 48 eletrodos implantados na área visual primária de gatos anestesiados. Estimulamos com grades compostas e cenas naturais, focando-nos na atividade de neurônios cujo CRF estava situado na figura. Da mesma forma, visando examinar a influência das conexões laterais, o sinal proveniente da área visual isotópica e contralateral foi removido através da desativação reversível por resfriamento. Fizemos isso devido a: i) as conexões laterais intrínsecas não podem ser facilmente manipuladas sem afetar diretamente os sinais que estão sendo medidos, ii) as conexões inter-hemisféricas compartilham as principais características anatômicas com a rede lateral intrínseca e podem ser vistas como uma continuação funcional das mesmas entre os dois hemisférios e iii) o resfriamento desativa as conexões de forma causal e reversível, silenciando temporariamente seu sinal, permitindo conclusões diretas a respeito da sua contribuição. Nossos resultados demonstram que o mecanismo de segmentação figurafundo se reflete nas taxas de disparo de neurônios individuais, assim como na potência do potencial de campo e na relação entre sua fase e os padrões de disparo produzidos pela população. Além disso, as conexões laterais inter-hemisféricas modulam estas variáveis dependendo da estimulação feita fora do CRF. Observamos também uma influência deste circuito lateral na coerência entre potenciais de campo entre eletrodos distantes. Em conclusão, nossos resultados dão suporte à ideia de um mecanismo complexo de segmentação figura-fundo atuando desde as áreas visuais primárias em diferentes escalas de frequência. Esse mecanismo parece envolver grupos de neurônios ativos sincronicamente e dependentes da fase do potencial de campo. Nossos resultados também são compatíveis com a hipótese que conexões laterais de longo alcance também fazem parte deste mecanismo