Питер Шпорк - Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается
Нарушения в сигнальном пути орексина считаются сейчас наиболее вероятной причиной нарколепсии. Доказательством служат собаки-нарколептики, у которых не работают рецепторы орексина, и мыши, организм которых из-за генной манипуляции не производит орексин — они также неизменно заболевают нарколепсией. Согласно одной из теорий, у некоторых нарколептиков собственная иммунная система разрушает вырабатывающие орексин клетки.
Клаудио Басетти, тем не менее, убежден, что здесь задействованы и другие нейромедиаторы гипоталамуса: «Орексин, конечно, важен, но он играет свою роль не в одиночестве».
Таинственная болезнь принесет сомнологам, наверное, еще много сюрпризов. Нарколепсия и другие недуги, не дающие нам спать, постепенно выдают свои тайны — и тем самым вносят важные элементы в решение большой головоломки, которая, будем надеяться, однажды сложится наконец в ясную картину смысла и функций сна.
Часть III Почему мы спим
Глава 7 Обучение во сне
Как электрический ток улучшает память
Люди, решившиеся провести ночь в лаборатории сна Института нейроэндокринологии Любекского университета, должны быть из тех, кто не боится электрического тока. На ночь им надевают колпак с бесчисленными электродами. Некоторые из этих металлических пластинок замеряют колебания токов мозга. Но есть и такие, что передают, а не принимают электрическое напряжение. Они порождают слабые, колеблющиеся с частотой одного раза в секунду электрические потенциалы примерно той же мощности, что у самих нейронов и нейронных сетей. Эти токи проникают сквозь кости черепа и модифицируют активность нервных клеток.
Такое воздействие совсем не вредно. Наоборот: «После ночи участники эксперимента чувствуют себя особенно хорошо выспавшимися, и память их улучшается», — говорит директор института нейробиолог Ян Борн. Наутро после сна под проводами ученые проверяют работоспособность мозга с помощью специальных тестов на скорость реакции и память. Испытуемые показывают лучшие результаты, чем контрольная группа, проведшая ночь без электродов. Очевидно, электрический ток имеет особый обучающий эффект. Особенно это касается сознательной, так называемой декларативной памяти, где сохраняются, например, заученные формулы или иностранные слова, поясняет Борн. Но и бессознательная, процедурная память, где мы храним автоматизированные действия, например, двигательные навыки, улучшается под воздействием электричества.
Что же произошло во сне с участниками эксперимента? Почему они так хорошо справляются с поставленными задачами? «По крайней мере для декларативной памяти, образование которой происходит в стадии глубокого сна, у нас есть предположения о том, что происходит», — говорит Борн. Искусственный электрический сигнал каким-то образом помог мозгу в его работе, вероятно, навязав нервным клеткам больших полушарий свой ритм. Воздействие внешних электрических колебаний заставляет нейроны синхронизироваться сильнее обычного, так что их потенциалы колеблются в общем ритме. А поскольку искусственно заданный ритм примерно соответствует тому, который мозг сам по себе порождает в стадии глубокого сна, в результате возникает своего рода суперглубокий сон.
«Мы заставляем мозг какое-то время следовать заданному нами ритму, а потом на 1 минуту отключаем ток. В этот перерыв мы наблюдаем, как реагируют нервные клетки, — поясняет Борн. — И видим, что электрическая активность нейронов интенсивнее обычного порождает типичный для глубокого сна рисунок дельта-волн».
Проверка памяти на следующий день, а также субъективные ощущения участников эксперимента, утверждающих, что особенно хорошо выспались, подтверждают, что усиленный глубокий сон значительно помог мозгу в его ночной работе. Естественно, Борн уже задумывается о том, как можно было бы использовать электрическую стимуляцию в медицинских целях. Теоретически она позволяет улучшить как качество сна, так и интеллектуальную работоспособность. Но прежде чем перейти к практическому применению, нужно провести еще множество экспериментов и всесторонне проверить результат, так что радоваться еще рано, осторожно замечает ученый.
Пока для Борна на первом плане решение другой проблемы: он хочет выяснить, что же происходит в мозге во время сна. Эксперименты с электрическим колпаком должны прояснить функции глубокого сна. Они призваны подтвердить то, что множество сомнологов во всем мире вот уже 10 лет наблюдает в своих опытах: судя по всему, одна из важнейших задач сна — помогать мозгу в обучении.
Загадка памяти
На нижнем крае коры больших полушарий, там, где она прогибается вовнутрь над промежуточным мозгом, в голове имеется отросток характерной формы, напоминающий морского конька. Поэтому его называют латинским именем этой забавной рыбки: гиппокамп.
Эта область мозга необычна не только по форме. Именно здесь ученые отыскали центр управления декларативной памятью. Множество информации, которую мы осознано воспринимаем в течение дня, — в отличие от бессознательного, автоматического, так называемого «процедурного» восприятия — откладывается в гиппокампе, но лишь на короткое время: это, к примеру, воспоминание о том, какое именно варенье мы мазали на хлеб за завтраком, соображение, что нужно купить новый тюбик зубной пасты, имя нового коллеги по работе, роман, который мы читали перед сном, и тысячи других более или менее важных вещей.
Именно во сне, когда связь с внешним миром оборвана и бодрствующее сознание отключено, морской конек начинает активную работу. Сейчас, когда ему ничего не надо воспринимать, он сам «передает» сигналы и тем самым вызывает повторение событий, зачастую пережитых наяву лишь один раз. Таким образом, от него зависит, какие сведения постепенно закрепятся в долговременной памяти. «Во сне дневная информация реактивируется и посылается в виде импульсной проекции множества нервов в те части коры больших полушарий, где эти впечатления исходно обрабатывались. Там новое знание связывается с долговременной памятью», — поясняет Борн.
Этот процесс называется консолидацией памяти. Из бесконечного потока информации, воспринятой в состоянии бодрствования, поддерживаются, долгосрочно сохраняются и связываются с прошлым опытом лишь те данные, которые представляются действительно важными. Гиппокамп, по словам Борна, служит своего рода буферным запоминающим устройством: «Здесь информация, опыт, впечатления сохраняются предварительно на несколько суток, прежде чем перейти — вероятно, при подключении процессов отбора и просеивания несущественной информации — в долговременную память».
Чем важнее событие, тем интенсивнее и чаще будет воспроизводить его гиппокамп в ближайшее время и тем прочнее оно запечатлеется в долгосрочной памяти. Спустя какое-то время данные стираются из промежуточного хранилища. То что до тех пор не попало в долговременную память, забывается.
В самой коре больших полушарий нет специальных клеток памяти. Воспоминания хранятся в бесчисленных возможных моделях возбуждения, которые мозг держит наготове в обрабатывающих информацию ареалах. Каждое воспоминание связано с такой моделью. Например, если мы ощущаем аромат и одновременно видим цветок, от которого он исходит, во всех ареалах мозга, обрабатывающих обонятельные и зрительные впечатления, активные в этот момент клетки порождают уникальную модель пульсации. Когда мы в будущем вспомним эту ситуацию, возбудятся те же клетки, возникнет та же модель — и получится, будто мы снова ощущаем аромат и видим цветок.
Для того чтобы это произошло, контакты нейронной сети, задействованной при первом впечатлении, должны быть усилены в процессе консолидации памяти. Между нейронами-участниками возникают новые, углубленные, особенно прочные и легко возбуждаемые контакты,
благодаря которым типичная модель, связанная с данным воспоминанием, вспыхивает в мозге всякий раз, как активируется хотя бы часть данной сети. Таким образом гиппокамп путем повторения временно сохраненной информации оставляет прочные следы в бесконечно сложной сети из многих миллионов нейронов. На следующий день, а также много лет спустя, достаточно крошечной отдаленной ассоциации — и воспоминание возвращается.
Виртуальное птичье пение
Что память образуется именно так — только предположение. Реальные процессы, вероятно, намного сложнее, чем эта упрощенная модель. Исследователь Ханс-Йоахим Маркович из Билефельдского университета пишет, что консолидация затрагивает не только гиппокамп и кору больших полушарий, но и другие структуры мозга и «вероятно, представляет собой многоступенчатый процесс». Тем не менее вышеописанная модель, судя по всему, не слишком далека от истины. И как раз то обстоятельство, что образование памяти на значительную часть происходит во сне, сейчас достаточно хорошо доказано.
