Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается

Шпорк Петер

Самое интересное началось, когда животные первый раз после экс­перимента заснули и вошли в стадию глубокого сна: «Группы нейронов, одновременно активизировавшиеся во время обследования лабирин­та, во время сна также возбуждались синхронно», — вспоминает МакНотон. Во время последнего сна перед началом эксперимента рисунок возбуждения в гиппокампе подопытных крыс был совершенно другим.

Мэтью Уилсон, сотрудник Массачусетского института технологии (Кембридж, США) резюмирует полученные результаты так: «Во сне крысы снова проходили лабиринт. Не хватало только мышечного дви­жения». Правда, все происходило намного быстрее, чем в реальности, «как будто магнитофон включили на перемотку», — говорит Мак-Нотон. И неудивительно: «если бы животные стали повторять впечатления

в режиме реального времени, у них не осталось бы времени на бодрс­твование».

Что эти результаты верны и для других видов животных и систем памяти, подтвердилось в 2000 г., когда биолог Дэниэл Марголиаш из Чикагского университета опубликовал отчет об экспериментах с зебро­выми амадинами. Эти певчие птички семейства вьюрковых ткачиков в молодости целый день упражняются в пении и при этом бессознательно заучивают правильную, так называемую сенсомоторную, связь между движениями тела, например, положением клюва, и производимыми звуками.

 

Модель корреляции в мозгу крысы: В сети из 42 нейронов гиппокампа в мозгу крыс (точки) во время глубокого сна после эксперимента с лабирин­том особенно часто одновременно активизируются те же клетки, что и во время самого эксперимента (жирные линии). Во время глубокого сна до эк­сперимента картина была иной.

Тетрис для науки

По сей день никому не удалось доказать, что наша сознательная, экс­плицитная память действительно нуждается в сне. Это объясняется просто, говорит Ян Борн: «Декларативное обучение требует времени!». Информация с регулярными промежутками извлекается из гиппокампа на протяжении нескольких дней, а то и недель — эксперимент по ли­шению сна такой продолжительности просто невозможен. Кроме того, бодрствующий мозг, вероятно, тоже вносит свою долю в закрепление новых слов, формул или событий. «И все же проведенные исследования ясно показывают, что как минимум значительная часть долговременной декларативной памяти возникает во сне», — говорит Борн. Это и понят­но, поскольку во время сна мозгу не приходится сосредотачиваться на многих других вещах, как во время бодрствования.

Гораздо яснее для ученых система процедурной памяти, сохраня­ющей автоматически заученные процессы. Здесь нет необходимости в буферном хранилище вроде гиппокампа, поскольку все, чему мы обу­чаемся в основном автоматически — двигательные навыки и связанные с ними ощущения, например езда на велосипеде, бег на лыжах или ра­зыгрывание фортепьянной пьесы, — мы тренируем прямым, в большой степени бессознательным, как можно чаще повторяемым упражнением. Большая часть такого рода информации передается в долговременную память, видимо, лишь во время последующего сна. Более простые движения сохраняются в мозжечке, а сложные автоматизированные навы­ки — и в большом мозге.

Информацию, как правило, можно пожизненно востребовать в лю­бой момент, даже не задумываясь. Всякий, кто в детстве научился ез­дить на велосипеде или плавать, в преклонном возрасте без проблем владеет этими навыками. Поэтому специалисты называют эту память имплицитной.

Мозг во сне повторяет процедурную проработку, что доказали, в частности, вышеупомянутые чикагские эксперименты с зебровыми амадинами. Но самое главное — новейшие исследования с участием люей показали, как важен для этого вида памяти первый сон после трениров­ки. Похоже, что незакрепленные бессознательные воспоминания, ввиду отсутствия подобной гиппокампу буферной системы, сохраняются не более 30 ч.

Роберт Стикголд, нейрофизиолог из Гарвардской медицинской школы в Бостоне, в 2000 г. экспериментировал с людьми, которые днем должны были упражняться в компьютерной игре тетрис. Главное в этой игре — как можно быстрее и ловче поворачивать спускающие­ся по монитору геометрические фигуры

и расставлять их так, чтобы не образовывалось пустот. Вскоре после засыпания подопытных будили и спрашивали, что им снилось. Они описывали картины, явно связанные с компьютерной игрой.

Аналогичные сны видели и три пациента с амнезией. Из-за разру­шения гиппокампа у них отсутствовала декларативная память, поэто­му они не владели игрой и не помнили, как в ней упражнялись. Этот факт — явное свидетельство того, что процедурная память пациентов в этот момент работала, и два вида памяти работают независимо друг от друга. Иначе вместе с сознательной памятью у таких пациентов от­казывала бы и бессознательная.

Тот же Стикголд доказал в 2000 г., как важен для имплицитной об­работки информации сон в первую же ночь после упражнений. В ходе проведенного им эксперимента 133 человека тренировались в быстром и по возможности безошибочном распознавании ненадолго вспыхива­ющих на мониторе предметов. Если эксперимент повторялся в тече­ние того же дня, никакого дополнительного эффекта тренированности не возникало. Зато после одной, двух и трех ночей со сном результа­ты заметно улучшались. Лишь 11 человек к третьему дню так ничему и не научились, хотя две последние ночи хорошо спали и пришли на тест выспавшимися. Этим людям по условиям эксперимента не давали спать в первую ночь после упражнений. «Одна-единственная ночь без сна надолго нарушает нормальный процесс обучения», — подытожива­ет Стикголд. Кто не ляжет спать в течение 30 ч после усвоения нового материала, трудился напрасно.

Ян Борн сделал из этих исследований вполне практический вывод: «Если вы берете уроки игры на фортепьяно или вождения автомобиля, не стоит после занятий отправляться кутить на всю ночь. В противном случае вы зря выбросили деньги за урок», — посоветовал он мне, когда я приезжал в его институт в Любеке.

В 2000 г. он вместе со своим коллегой Штеффеном Гайсом и дру­гими сотрудниками провел такой же тест, как Стикголд, с целью про­анализировать влияние различных фаз сна на обучение. Испытуемые, разбуженные после первой половины сна, в которой доминируют фазы глубокого сна, явно чему-то научились. Те, кому не мешали спокойно проспать и вторую половину, богатую эпизодами БС, показали еще лучшие результаты. Зато третью группу заставили упражняться посре­ди ночи, когда фаза глубокого сна была уже позади. После этого они получили уже только легкий и БС. Этим людям сон не принес никакой пользы в обучении.

Это «первое сильное экспериментальное доказательство того, что человеческая память конструируется во сне в ходе двухступенчатого процесса», прокомментировал любекские результаты бельгийский невролог Пьер Макс из Льежского университета. В фазу БС, видимо, выносится в основном та информация, обработка которой началась во время глубокого сна. Эта идея хорошо согласуется с так называемой «теорией последовательности», предлагаемой рядом нейробиологов: память образуется во сне в несколько последовательных этапов. Во время БС закрепляется то, что было отобрано как важное в фазе глу­бокого сна.

Другое предположение гласит, что БС потому так отличается от глу­бокого сна, что различные виды памяти у человека закрепляются разны­ми путями. Согласно этой теории, БС отвечает за запоминание эмоций и отработку врожденных двигательных навыков. Впрочем, обе концепции можно согласовать, предположив, что в фазе БС мозг связывает с эмо­циями информацию, закрепленную в фазе глубокого сна.

И наконец, рабочая группа Дэниэла Марголиаша в Чикаго сумела в 2003 г. доказать, что человек использует сон также для процедурного обучения в акустической области и, что еще важнее, для обобщения проблем. Исследователи обучали участников эксперимента понимать специальным образом искаженные слова. Спустя 12ч тест проводился снова, но уже с совершенно другими словами. Если подопытные в этот промежуток времени не спали, они забывали принцип перевода и пока­зывали столь же плохие результаты, как в самом начале обучения. Зато после сна они справлялись с текстом не хуже, чем сразу по окончании первой обучающей тренировки.