Питер Шпорк - Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается
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[18].
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.
Что люди легче вспоминают заученное после того, как поспят, известно давно. В 1924 г. американские психологи Джон Дженкинс и Карл Далленбах экспериментально доказали, что подопытные лучше воспроизводили бессмысленную последовательность слогов, если между заучиванием и проверкой им давали поспать. Этот результат за минувшее столетие был многократно подтвержден. Тот факт, что детям требуется намного больше сна, чем взрослым, тоже достаточно ясно указывает на то, что мозг нуждается в сне для обучения. Ведь если есть что-то, что дети делают значительно чаще, чем взрослые, то это обработка новых впечатлений и приобретение двигательных навыков.
Реальную картину механизма памяти в спящем мозге нейробиологи смогли представить себе лишь в 1994 г. Тогда американцам Мэтью Уилсону и Брюсу Мак-Нотону из Аризонского университета удался потрясающий эксперимент: они вживили в мозг трем крысам одновременно 12 электродов. Каждый электрод имел несколько принимающих каналов и мог регистрировать сразу целую группу сигналов. Таким образом ученым удалось путем сложной обработки данных одновременно прослушивать сотни единичных нейронов. Электроды были направлены точно на так называемые «нейроны места» в гиппокампе. Эти клетки возбуждались всякий раз, когда крысы запоминали определенные признаки окружающего пространства. Затем исследователи выпустили грызунов в лабиринт и стали регистрировать силу и продолжительность возбуждения нейронов места.
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.
Марголиаш и его коллега Эмиш Дейв отслеживали возбуждение некоторых нейронов в так называемой моторной коре, то есть той части больших полушарий, которая управляет движениями. Во время тренировок определенные нервные клетки возбуждались всегда в одной и той же временной последовательности. Очевидно, эта модель возникала при управлении сложными движениями, требуемыми для пения. Затем исследователи пронаблюдали, что происходит в птичьем мозге во время сна. Оказалось, что нейроны самостоятельно активизируются по той же модели, что и во время певческих упражнений. Молодые амадины во сне снова заливались трелями — беззвучно, но внятно для внутреннего слуха.
Тетрис для наукиПо 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.
