1 марта нынешнего года исполняется 150 лет Периодическому закону и Периодической системе элементов Менделеева. Вы наверняка слышали красивую легенду о том, что Дмитрий Иванович увидел знаменитую таблицу во сне и, проснувшись, воспроизвел ее на бумаге.
Правда это или художественная версия авторства профессора Петербургского университета А.А.Иностранцева – именно он, а не сам знаменитый химик поведал легенду миру – доподлинно неизвестно.
Современные технологии делают возможным наблюдение за фазами сна, за пиками и спадами волновой активности мозга, и хотя ученые не имеют ответов на все интересующие нас вопросы, накопилось очень много интересной информации, которая, возможно, получит свое практическое применение.
Конечно, далеко не каждому человеку удается совершить выдающееся открытие, но всем нам в процессе учебы и работы приходится запоминать достаточно большие массивы информации. То, что сон играет важную роль в формировании памяти, давно известно.
Почему бы не попробовать учиться во сне?
Эта идея давно занимает человечество. Наверняка, каждый из вас вспомнит какой-нибудь смешной эпизод из книги или фильма, где герой неожиданно для себя начинает воспроизводить текст, «записавшийся на корочку мозга» во время сна случайным образом или по воле экспериментатора.
Фантастика?
Оказывается, не совсем. Но начнем с простого.
Сон укрепляет память
Если вам приходилось готовиться к экзаменам, вы знаете, что прочитанное накануне лучше уляжется в голове, если вы поспите хотя бы несколько часов. Дело в том, что для превращения кратковременной памяти в долговременную в мозге должны образоваться новые межнейронные контакты, а формирование таких контактов лучше всего происходит во время сонной активности нервных клеток. Этот процесс называют консолидацией памяти.
Но работает во сне и противоположный процесс: часть ресурсов мозга высвобождается за счет своеобразного обрезания (прунинга) слабых синаптических связей между нейронами, способствуя забыванию не особенно важной информации.
Широко известен такой парадокс: пожилые люди хорошо помнят события, происходившие с ними на протяжении большей части жизни, но легко забывают информацию, с которой познакомились только вчера.
Этому феномену посвятили свое исследование ученые Калифорнийского университета (Беркли, США), которые решили проверить, не связано ли это с особенностями волновой активности мозга во время сна.
Волны, веретена и игра в теннис
Сон как процесс представляет собой сменяющие друг друга фазы, которые ученые называют медленным сном и быстрым сном. На животных моделях было установлено, что консолидация памяти происходит, в основном, в фазе медленного сна. Именно эту фазу и исследовали калифорнийские ученые.
Медленный сон характеризуется двумя типами волновой активности мозга. Это медленные волны и краткие всплески активности, называемые сонными веретенами или сигма-ритмами. Взаимодействие этих двух типов волн играло решающую роль в консолидации памяти у животных, и калифорнийские ученые решили проверить, работает ли эта схема у людей.
Для участия в эксперименте они пригласили молодых людей лет 20 с небольшим и людей пожилого возраста старше 70. Все участники были в здравом уме и в хорошем физическом состоянии.
Ни для кого не стало сюрпризом, что с тестами на память – участники должны были утром воспроизвести ту информацию, с которой их познакомили накануне – молодая группа справилась лучше пожилой. А вот электроэнцефалограммы участников, снятые во время их ночного сна, поведали исследователям интересную историю.
Оказалось, что у пожилых людей веретенообразные вспышки происходили через более короткие промежутки медленной волновой активности, чем у молодых участников исследования. Иными словами, координация двух типов волн была нарушена.
Профессор нейробиологии и психологии Мэтью Уокер, ведущий автор исследования, для наглядности проводит такую аналогию.
Когда теннисист осуществляет подачу, он сначала подкидывает мячик (это в нашем случае медленная волна), а затем он должен ударить по нему (это веретено). Чтобы подача была удачной, удар по мячику должен быть сделан с большой точностью, ни секундой раньше, ни секундой позже, иными словами, окно возможностей у спортсмена предельно узкое.
Так же и окно для перевода информации из кратковременной памяти в долговременную составляет всего одну десятую долю секунды.
«По мере старения мозгу становится все труднее синхронизировать два типа волновой активности глубокого сна. Как теннисист, находящийся в плохой форме, он ударяет не вовремя и проигрывает подачу», – говорит профессор Уокер.
Магнитно-резонансная томография мозга показала, что у пожилых людей наблюдается атрофия серого вещества фронтальной коры, что может быть причиной нарушения координации медленных волн и веретенообразных вспышек.
Но есть и хорошая новость. Рабочая группа Уокера собирается исследовать, как можно обратно синхронизировать два типа волновой активности медленного сна. Для начала они попробуют воздействовать на фронтальную кору электрической стимуляцией.
Однако двигаемся дальше. Из США – в Великобританию.
От теории к практике
Ученые двух известных британских университетов – Йорка и Бирмингема – Скотт Карни и Бернхард Старзина набрали 46 участников для своеобразного эксперимента. Им раздали картинки объектов или видов (природы, сцен), каждая из которых произвольно соответствовала какому-либо слову (не связанному с тем, что на картинках изображено).
После этого часть испытуемых спала в течение 90 минут, а во время сна им проиграли запись, на которой звучала половина из тех слов, которые они заучивали. Смысл эксперимента заключался в том, чтобы реактивировать ассоциации этих слов с картинками в сонном состоянии.
Когда испытуемые проснулись, им зачитывали слова и просили назвать привязанные к ним изображения. Оказалось, что участники исследования гораздо лучше помнили те картинки, чьи словесные пары зачитывались им во время сна.
Но когда участники исследования спали, экспериментаторы не просто проигрывали им запись со словами, но и следили за их волновыми ритмами при помощи электроэнцефалографии. Оказалось, что звучащие слова вызывали веретенообразные вспышки в мозге и, что особенно интересно, они были разными в зависимости от того, привязано ли конкретное слово к объекту или к виду.
Звуки и запахи
А что если маркировать необходимую к запоминанию зрительную информацию при помощи звуков и запахов?
Этим вопросом задался еще в 2007 году нейробиолог Бьерн Раш из Университета Любека (Германия). Вместе с коллегами он провел такой эксперимент. Участникам предложили запомнить местоположение ряда объектов (как в карточной игре «Концентрация»), при этом они ощущали аромат розы. Затем, когда они заснули, их опять подвергли воздействию этого же аромата в фазе медленного сна.
Такая манипуляция значительно улучшила результаты запоминания по сравнению с базовыми, но прием работал только в том случае, когда участники сталкивались с одним и тем же запахом дважды: и при дневном обучении, и во время последующего сна. Когда же это происходило только один раз, улучшений в запоминании не наблюдалось.
Лаборатория Кена Паллера в Северо-Западном университете (Эванстон, США), специализирующаяся в когнитивной нейробиологии, проводит эксперименты по аналогичной маркировке объектов запоминания при помощи звуков.
В эксперименте, схожем с вышеописанным, они маркировали объекты звуками (например, кошку мяуканьем, а чайник свистком), затем воспроизводили звуки в фазе медленного сна. В результате испытуемые лучше помнили местоположение тех объектов, чьи маркеры они слышали во сне.
Шагом вперед можно считать следующее исследование. Аспирант Принстонского университета Джеймс Энтони предложил участникам запомнить две короткие музыкальные фразы, которые они должны были воспроизвести на клавиатуре. Затем во время непродолжительного сна Энтони проиграл несколько раз одну из фраз и, как вы, наверное, уже догадались, именно ее испытуемые воспроизвели намного успешнее, чем вторую во время последующего тестирования.
Такая техника воздействия была названа термином «таргетированная реактивация памяти» (targeted memory reactivation, TMR). Аспирантка Лора Баттеринк вполне успешно применила ее в эксперименте по обучению его участников иностранному языку.
Разумеется, речь не идет о грамматике или особенностях словоупотребления. Участникам исследования удавалось лучше и быстрее заучивать значения иностранных слов, когда после первоначального ознакомления они слышали их в фазе медленного сна.
Но вот что еще оказалось важным: это работало только для тех участников, которые после «подсказки» мозгу в медленной фазе проводили некоторое время в быстрой фазе. Причем, чем больше быстрого сна получал испытуемый, тем лучше были его результаты.
Оказывается, для консолидации памяти важны обе фазы сна.
Внимательный читатель уже заметил, что во всех экспериментах ученые пытались повлиять на процесс перемещения информации из кратковременного «кармана» в долговременную память. Это хорошо, но не то же самое, что обучение во сне с нуля.
Большинство исследователей склоняется к тому, что «закинуть» в спящий мозг то, чего в нем не было к моменту погружения в сон, невозможно.
Но есть среди них и упрямые умы!
А вдруг?
Результаты вот этого исследования, опубликованного совсем недавно, могут вызвать скептическую улыбку, и все-таки они интересны.
Межфакультетская исследовательская группа Бернского университета (Швейцария), занимающаяся декодированием сна, проигрывала немецкоязычным участникам эксперимента в фазе медленного сна квазислова (звуковые формы без значений), приписывая им значения по-немецки. Например, biktum – птица.
Проснувшимся ничего не подозревающим испытуемым предъявили квази-слова и предложили представить себе обозначаемые ими объекты. После этого они должны были оценить размер представленного объекта, выбрав один вариант из двух: больше обувной коробки или меньше обувной коробки.
Проанализировав ответы, исследователи установили, что их точность была на 10% выше, чем если бы это была случайная догадка.
«Мы обнаружили, что спящий мозг может кодировать новую информацию и сохранять ее. Более того, спящий мозг может устанавливать новые связи», – говорит Марк Зюст, один из ведущих авторов исследования.
Весьма вероятно, что не все в научном мире разделят его оптимизм. Тем не менее, исследования продолжаются, и возможно, мы скоро услышим о новых открытиях в этой области.
Если бы можно было установить дома компактный и легкий в обращении аппарат для электроэнцефалографии, мы могли бы уже сегодня помочь друг другу учить значения иностранных слов, зачитывая их в медленной фазе сна своего подопечного. Но, увы, пока что это недоступная роскошь.
Но никто не мешает нам поэкспериментировать с запахом роз. Вдруг получится?
Источники:
Sleep-Learning Was a Myth, But You Could Strengthen Memories While You Snooze
Can you learn in your sleep? Yes, and here’s how
Why do older people forget overnight? Study investigates
New Study Says We Can Prime Our Brains to Learn While We Sleep
