Люди довольно давно обнаружили, что сон имеет какое-то значение для памяти, и выразили свое понимание этого процесса в пословице «Утро вечера мудренее». Ученым спустя какое-то время удалось собрать доказательства, демонстрирующие, что с нашей памятью во время сна происходят некоторые события.
Сон как фиксация памяти
Исследования последних лет показали, что если испытуемым во время эксперимента после обучения давать возможность какое-то время поспать, то это приводит к достоверному улучшению этой памяти.
Было проведено много экспериментов с так называемой декларативной памятью — с памятью того вида, относительно которого мы можем декларировать, что мы что-то знаем. Так, например, испытуемым, приходящим в лабораторию, где исследуют эти феномены, вечером выдавали список незнакомых для них слов, которые они должны были запомнить. Они выучивали его, а утром их тестировали. И оказалось, что этот утренний тест, даже если их разбудили очень рано, в 6 часов утра, показывает, что они помнят больше слов, чем если бы их сразу спросили после того, как они выучили эти слова
Гипнопедия и ассоциации
В начале XX века исследователи считали, что человек может учиться во сне, если в процессе ему включать какие-нибудь аудиоуроки, а изобретатели даже продавали специальные приборы для этого занятия. Эксперименты в данной области часто основывались на ложном предположении, что сон близок к состоянию гипноза.
Только в 1950-х исследователи обнаружили, что результаты «гипнопедии» не имеют никакого отношения ко сну. На деле эти устройства просто будили людей. К такому выводу ученые пришли благодаря электроэнцефалографии, то есть исследованию электрических импульсов мозга с помощью прикрепляемых к голове электродов. Было установлено, что «учащиеся во сне» на самом деле бодрствуют; на этом фактически и закончилось изучение образовательного потенциала спящих. 50 лет спустя оказалось, что во время сна действительно можно воздействовать на память, но другими методами.
В 2007 году нейроученый Бьерн Раш из Университета Любека вместе с коллегами установил, что можно использовать запахи, которые у человека ассоциируются с ранее выученным материалом, чтобы ориентировать мозг спящего. Участникам эксперимента предложили запомнить местонахождение различных предметов, как в карточной игре «Мемори». В это же время они чувствовали запах роз. Затем испытуемые легли спать в лаборатории; как только они входили в глубокую фазу сна, некоторым из них вновь дали понюхать тот же аромат. Когда участники проснулись, они гораздо лучше помнили, какие объекты где находятся. Но это относилось только к тем из них, кто чувствовал запах роз и во время учебы, и во время сна.
«Мы можем привязывать воспоминания не только к запахам. Нейробиологи установили, что воспоминания можно прикреплять к звукам и активировать их во время сна»
После этого многочисленные исследования подтвердили выводы экспериментаторов. Более того: как оказалось, мы можем привязывать воспоминания не только к запахам. Нейробиологи из Северо-Западного университета в Иллинойсе установили, что воспоминания можно прикреплять к звукам и активировать их во время сна. Например, человек играет в «Мемори» и запоминает, что кошка находится в нижнем левом углу, а чайник — в верхнем правом. Когда он смотрит на кошку, он слышит «мяу!», а когда на чайник — свисток. Если во время фазы медленного сна он услышит только один из этих звуков, например «мяу!», он лучше запомнит расположение кошки, чем чайника. Подобный звуковой сигнал возрождает наше воспоминание о том, как мы учили местонахождение объекта во время игры. Ученые считают, что повторное проигрывание этого процесса помогает нам лучше его запомнить.
Теперь нейробиологи задаются вопросом, каким образом можно извлечь пользу из такого метода. Например, в ходе одного из исследований участники играли в подобие Guitar Hero, и им нужно было выучить две песни из четырех нот. После того как испытуемые одинаково хорошо запомнили обе, они ложились спать, затем им включали одну из композиций. Когда после пробуждения их просили воспроизвести мелодии, участники лучше справлялись с той, которую им ставили во сне. Возможно, такой способ запоминания поможет желающим освоить новые музыкальные инструменты или научиться играть какие-то произведения.
Тем не менее пока ученые не понимают, насколько универсален такой метод. Например, исследование показывает, что он способствует лучшему запоминанию иностранных слов, которые человек учил, пока бодрствовал. Но будет ли то же распространяться на грамматику? Или, скажем, если мы активируем одни воспоминания, значит ли это, что другие стираются быстрее?
Решения и догадки
Кроме того было продемонстрировано, что принятие решений или какие-то интересные догадки приходят к нам во время сна. Наверняка многим хорошо известны эти феномены. Вспомним, что Менделеев увидел свою таблицу во сне.
В середине 2000-х гг. была предпринята попытка смоделировать такой феномен инсайта (или озарения) в эксперименте. Испытуемым давалась задачка, в которой они должны были из одной последовательности цифр генерировать вторую последовательность цифр. Использовались только три цифры, например, 1, 4, 9, а последовательности содержали 8 цифр, например, 11449494. Правила генерации новой последовательности были простыми: если цифры одинаковые, нужно писать такую же, если разные, то нужно писать третью. Хитрость заключалась в том, что последние цифры вновь генерируемой последовательности являлись зеркальное отражение трех, которые находились перед этим. Но люди не замечали этого, не видели этого решения. До момента, пока они не увидели решения этой задачи, испытуемые отправлялись спать. А на следующее утро они возвращались и снова начинали выполнять эту задачу. И оказалось, что процент догадавшихся об этой хитрости людей (догадавшиеся выполняли генерацию новой последовательности гораздо быстрее) достоверно выше именно в группе, которой давали спать. Контрольная группа, которой не давали спать, такого улучшения времени решения этой задачи не показывала. Причем интересно, испытуемые возвращались в лабораторию, начинали делать эту задачу и сразу показывали улучшение во времени. И только потом говорили: “А, понятно! Здесь вот такая хитрость, здесь зеркальное отражение”.
Что происходит с памятью во время сна?
Возникает логичный вопрос: что происходит с нашей памятью во сне? И для того, чтобы понять, что лежит в основе этого феномена, необходимо рассказать, что происходит с нашими нейронами или с нашим мозгом в тот момент, когда мы спим. И оказалось, что нейроны, которые имеют какую-то поведенческую специализацию, то есть демонстрируют повышение своей активации в тот момент, когда происходит выполнение какого-то поведения или действия, или выучивание навыка, — повторяют свою активацию, то есть активируются заново именно во время сна.
Первоначально этот феномен на нейронном уровне был установлен у крыс при регистрации нейронной активности при выполнении навыка и во сне. Животным предлагалась достаточно простая задача бегать по кольцу и собирать в этом кольце еду, разбросанную случайным образом. Еще до начала этих экспериментов задолго было установлено, что существуют нейроны, связанные с нахождением животного в определенном месте, то есть нейроны места. Когда животное бегало по этому кольцу и собирало еду, то в каждый момент в каждом месте этого кольца активировалась своя какая-то группа нейронов. Пробежка по этому кольцу означала смену одной нейронной группы другой. Вы, наблюдая смену нейронных активаций, можете видеть, не глядя на животное, что животное перемещается по этому кольцу.
Дальше исследователи продолжили регистрацию нейронной активности после того, как животное свернулось калачиком и уснуло после обучения в данной ситуации. И оказалось, что, когда животное спит, нейронные группы точно так же сменяют друг друга, как будто бы животное пробегает по этому кольцу. Только активация нейронов была меньше, чем в тот момент, когда это была реальная пробежка. Но последовательность и смена нейронных групп выглядели таким образом, что это позволяло ученым предполагать, что животное в этот момент представляет себе или видит эту пробежку, или что ей снится эта пробежка.
На людях регистрация нейронной активности возможна только по медицинским показаниям и во время сна еще не проводилась. Однако у людей можно регистрировать активность целого мозга, например, методами функциональной магниторезонансной томографии или позитронно-эмиссионной томографии. Эти методы дают возможность увидеть некую глобальную активность мозга, потому что, например, потребление глюкозы или усиление кровотока происходит там, где выше активность нейронов. И, соответственно, есть возможность наблюдать за теми местами, где наиболее активно происходит потребление глюкозы или потребление кислорода в мозге. И вот в таких экспериментах на человеке было установлено, что во время сна воспроизводится, только в меньшей степени, паттерн мозговой активности, который наблюдался при реальном выполнении навыка.
При всем при том можно продемонстрировать как повторяющуюся активность некоторых нейронов, так и возникновение некоторых других активностей, которые не наблюдались в тот момент, когда происходило реальное обучение или реальное воспроизведение этой ситуации. Можно предположить, что за феноменом улучшения памяти лежит воспроизведение нейронной активности во время сна и в то же время добавление активности каких-то других нейронов, что в совокупности приводит к тому, что те группы, которые связаны с теми или иными видами поведения, реорганизуются. И они уже становятся несколько иными. Они могут быть более детальными, менее детальными, но они иные. И тот факт, что эти группы не являются изначально сформированными нейронными группами, предположительно и лежит в основе феномена улучшения памяти после сна.
Источник — НЕискусственный интеллект
