С проблемой надо переспать. Консолидация памяти

С проблемой надо переспать

Консолидация памяти

Я часто слышу вопрос: может ли человек обучаться во сне? Наверное, многие люди в детстве наивно клали на ночь под подушку учебники с трудными параграфами. Правда, от такого метода обучения нет никакого эффекта, если не считать головной боли. На самом деле наш мозг никогда не спит. Засыпая, мы отключаем сознание, но наш мозг продолжает работать и, в частности, приводит в порядок память. Как это происходит в деталях, мы пока не знаем, но важно то, что во сне происходит очистка места в гиппокампе. В течение дня, как мы уже знаем, гиппокамп тяжело работает, впитывая новые воспоминания. Однако в сравнении со всем мозгом гиппокамп – это всего лишь его небольшой участок. Ночью в гиппокампе освобождается место, так как накопившиеся там впечатления и воспоминания перемещаются в долговременную память. Видимо, происходит и сортировка поступившей информации, потому что отнюдь не вся информация сохраняется в дальнейшем в долговременной памяти. Глупо, что мы в это время спим и не можем принять активного участия в этой сортировке и не решаем, что сохранить, а что отбросить.

И все же мы в состоянии повлиять на этот процесс. Все, что особенно важно для нас, оставляет в мозге заметные следы и скорее запоминается, нежели забывается. Кроме того, в памяти удерживаются вещи, которые повторно представляются нам существенно важными в течение дня. Например, выучив утром неправильные глаголы, надо повторить их еще раз, прежде чем отправляться спать! То, что поступает в память последним перед сном, в первую очередь подвергается консолидации во сне. Собственно, от нас самих зависит, какое пережитое или усвоенное дневное впечатление мы решим запомнить: это может быть все что угодно – перипетии криминального сериала, концерт Дитера Болена или число 7241.

То, что во сне мы имеем возможность прибрать в кладовых нашей памяти, зависит в первую очередь от отсутствия раздражающих внешних входов. Привратник на входе в таламус запирает дверь, и эта область мозга перестает обрабатывать входящую информацию, так как каналы ее поступления оказываются перекрытыми. Если же сила поступающих извне сигналов превосходит известный порог, то мы просыпаемся, чтобы реагировать на них. В последние годы было, однако, показано, что дверь в таламус закрывается неплотно, оставляя неширокую щель. Так, было уже давно известно, что мозг отчетливо реагирует, когда спящего человека окликают по имени. Например, если вам во сне шепнуть на ухо: «Андреа! » – то вы не проснетесь, если вас зовут не Андреа. Если вы хотите среди ночи бережно разбудить человека, то лучше всего это сделать, негромко произнеся его имя. Если вы привыкли называть свою жену сокровищем, то можете использовать и это нежное прозвище, ставшее таким же привычным, как имя.

То, что во сне в мозг могут проникать и даже влиять на память и другие звуки, было обнаружено в так называемых «исследованиях намекающих сигналов». Работает это так: при заучивании, например, иностранных слов каждому слову соответствует какой-то определенный, ничего не значащий звук (шум), который повторяется при каждом повторном предъявлении слова. Во время сна испытуемым в уши постоянно подавали непрерывный шум, чтобы сделать испытуемых нечувствительными к появлению других, неожиданно предъявляемых шумов. Иногда в этот постоянный шум вплетали шум, сочетавшийся с запоминанием определенных слов. Утром испытуемые не знали, что слышали во сне этот значимый шум. Но связанные с этими шумами слова усваивались лучше! Однако в целом как вспомогательное средство обучения этот метод не годится. Для того чтобы этот эффект наступил, воспоминание должно быть скорее слабым. Хорошо заученное слово консолидируется в любом случае. Кроме того, этот эффект может сместить акценты, нарушая предпочтения в запоминании. Таким образом, этот способ не работает для улучшения запоминания «всего».

Тем не менее эти наблюдения помогают нам лучше понять, как именно происходит в мозге консолидация памяти. Самый лучший способ – это постоянное проигрывание в уме повторений подлежащих запоминанию сведений. На мышах было уже давно показано, что во сне клетки места разряжаются в той же последовательности, в какой они разряжались наяву, когда животное осваивало пути выхода из лабиринта. Такое повторение «последовательности разрядов» может протекать как в прямом порядке, так и в обратном, причем скорость следования таких повторяющихся разрядов выше, чем при реальном обучении наяву. Эти повторы разрядов наблюдают в фазу глубокого сна, а также в фазу сновидений. Роль сновидений при этом совершенно особая.

У человека различные фазы сна проявляются различной частотой активности головного мозга. Эту активность регистрируют с помощью ЭЭГ. Для регистрации на голову накладывают электроды электроэнцефалографа и регистрируют электрические волны, возникающие при активации различных участков мозга. Электрические разряды одного отдельно взятого нейрона слишком слабы, чтобы их можно было зарегистрировать, но синхронно разряжающиеся сети порождают, в силу суммации, более интенсивные сигналы, которые можно зарегистрировать снаружи. Строго говоря, эти волны являются не чем иным, как колебаниями электрического напряжения на крыше черепа. Если на трибунах футбольного поля запоет один болельщик, то мы его, скорее всего, просто не услышим. Но, когда запевают многие, их звучащие в унисон голоса становятся слышны даже за пределами стадиона. По тональности этого шума можно даже определить, интересная игра или скучная. Можно также точно определить момент, когда футболисты забивают гол. Приблизительно так работает и электроэнцефалография. Для исследования сна особенно важна частота генерации волн – то есть их количество, возникающее на протяжении одной секунды.

Таким образом, методом ЭЭГ регистрируют электрические волны, возникающие в процессе активности головного мозга. В бодрствующем состоянии, когда мы думаем или решаем какую-либо задачу, эти волны следуют друг за другом с большой быстротой, с частотой, превышающей десять герц, то есть десять волн в секунду. В спокойном, расслабленном состоянии частота возникновения волн уменьшается до пяти-восьми герц. Во сне активность становится еще реже, достигая в фазе глубокого сна одного колебания в секунду. Исключение составляет фаза быстрых движений глаз (БДГ). Это фаза, во время которой мы в большинстве случаев видим сны. Фаза носит такое необычное название, потому что в ней глаза спящего совершают быстрые движения. В этой фазе деятельность мозга заметно активизируется.

Во сне воспоминания достигают сознания. Многие сновидения содержат элементы различных воспоминаний. Сновидения по большей части не имеют ничего общего с нашим подсознанием. Если сегодня вы едете в поезде, то вполне возможно, что ночью вам приснится поезд. С такой точки зрения сновидения могут многое сказать о личности человека и о пережитых им событиях. Для далеко идущих толкований сновидений нет никаких разумных оснований. Это подтверждается хотя бы тем фактом, что толкования одних и тех же сновидений отличаются невероятным разнообразием. Например, если вы решите поискать в Гугле связь между «системами сновидения» и «поездом», то найдете великое множество толкований от спешки (поезд движется с большой скоростью), основательности (тяжелый поезд не отрывается от земли) до радости от контактов (в поезде едет множество людей), и само это множество делает толкования сновидений подобием новогоднего гадания на кофейной гуще. Вполне возможно, что соединение и связывание элементов разных событий может играть роль в консолидации памяти, хотя для такого суждения у нас пока нет никаких объективных оснований. Тем не менее такое предположение напрашивается само собой, и в психологии давно бытует мнение о том, что сновидения играют определенную и, вероятно, довольно важную роль в консолидации памяти.

В настоящее время, однако, большую роль в консолидации памяти отводят глубокому сну – во всяком случае, в консолидации эксплицитной памяти. Собственно говоря, люди видят сны и в этой фазе сна, но есть и более интересные наблюдения. К настоящему времени во многих исследованиях было показано, что сновидения не особенно важны для формирования декларативной памяти, так как консолидация происходит даже во время кратковременных эпизодов сна, в котором отсутствует фаза сновидений. Также и в сигналах, которые посылает нам головной мозг, есть некоторые особенности. Так, на фоне очень медленных волн, характерных для глубокого сна, то и дело появляются короткие всплески более частой активности, по форме напоминающие «веретена», которые так и называют сонными. Эти сонные веретена возникают в таламусе и коре большого мозга.

В расположенном в глубине мозга гиппокампе, напротив, имеют место быстрые осцилляторные колебания – это еще более быстрые волны, длительность которых составляет около 100 миллисекунд. Насчет этого тоже довольно давно известно, что эти колебания имеют отношение к консолидации памяти, так как такая консолидация тормозится при подавлении этой активности гиппокампа. Между тем удалось также показать, что эти колебания электрических полей связаны с повторными активациями гиппокампа. Каким образом связаны между собой все эти феномены, пока не вполне ясно. Согласно одной из общепринятых теорий, колебания электрической активности гиппокампа являются сигналами, направляемыми в кору большого мозга, где и происходит их консолидация. Эти сигналы влияют на медленные колебания, происходящие в коре, и ведут к повторению поступающей информации, то есть к разрядам расположенных там нервных клеток. На фоне этих повторных разрядов происходит разрастание синапсов между нервными клетками, что и приводит к отложению информации в долговременной памяти. Веретена же являются сигналами, синхронизирующими активацию коры мозга с быстрыми осцилляциями гиппокампа. При этом осцилляции подвергаются модуляции со стороны медленных колебаний коры.

Все это звучит довольно сложно, и так оно и есть на самом деле. Когда исследователи лучше разберутся в том, что происходит в мозге во время сна и сновидений, то и объяснения станут намного проще. Прибегнув к довольно грубому сравнению, можно сказать, что из временного хранилища новых сведений, полученных в течение дня (гиппокампа), снятые с полки свежие воспоминания передаются курьеру, который относит их в конечное хранилище (кору большого мозга), где информация упорядоченно раскладывается по полочкам, для чего надо приготовить соответствующее место. На фоне доставки в течение короткого времени наблюдается всплеск активности, во время которой происходит оценка, сортировка и раскладывание информации. В эти моменты кора нечувствительна к внешним раздражителям, и эта восприимчивость восстанавливается лишь после угасания активности.

Смысл всех этих обменов сигналами, согласно сегодняшним представлениям, состоит в том, чтобы сохранять осмысленные воспоминания, то есть укреплять нужные для этого синапсы и отбрасывать ненужную информацию. Это последнее тоже является очень важным этапом консолидации памяти, ибо активировать и выращивать все без исключения синапсы – задача непосильная и дорогостоящая даже для такого могучего инструмента, как головной мозг. То, что энергия стоит очень дорого, каждый из нас знает по счетам, которые присылают нам электрические компании. Кроме того, мозг не резиновый, и емкость его ограниченна. Поэтому обращаться с синапсами надо по возможности очень экономно. Согласно теории синаптического гомеостаза, сон, помимо всего прочего, выполняет функцию уменьшения числа и активности синапсов. В дневное время мы непрерывно чему-то учимся. Вследствие этого возникают новые связи. Некоторые из них крепче других, потому что постоянно возобновляются или лучше и удачнее встраиваются в сеть. Другие связи слабы, потому что возникают случайно или не имеют большого значения. Согласно предложенной модели, во сне происходит недифференцированное ослабление новых синапсов. Слабейшие перестают функционировать, а сильнейшие «выживают».

То, что так происходит отнюдь не всегда, доказывается упомянутыми выше наблюдениями обмена информацией между различными областями мозга. Информация, которая по замкнутым сетям передается из гиппокампа в кору большого мозга, во сне скорее усиливается. Следующее предположение заключается в том, что эта передача осуществляется в стадию глубокого сна по большей части в первой половине ночи. В это время опустошается гиппокамп, и утром мы просыпаемся свежими, отдохнувшими и готовыми снова принимать новую дневную информацию. Гиппокамп в этой ситуации напоминает подростка в доме: грязное белье в корзине, посуда на кухне вымыта, учебники и тетрадки разложены по полкам и ящикам письменного стола. Такой подросток утром может доложить родителям: «Чего еще вы от меня хотите? Моя комната чисто убрана! »

Возможно, такая уборка происходит во время сновидений, которые люди, как правило, видят во второй половине ночи, в последние часы перед пробуждением. Кроме того, фаза сновидений важна для формирования других видов памяти, а именно для консолидации процедурной памяти, и в тех случаях, когда в этом большую роль играют эмоции. И то и другое является, по существу, процессами обучения, в которых гиппокампу отводится довольно скромная роль. Мало того, во сне, помимо того что происходят когнитивные процессы, имеют место сильные колебания уровней гормонов и других биологически активных веществ. Уровень этих гормонов и активных соединений, а также их циклические изменения тоже очень важны для мозга. Недавно влюбившийся человек порой под влиянием сильного возбуждения чувств не спит ночами, а наутро не может ничего делать, воображая, что у него все валится из рук под влиянием гормонов любви, хотя на самом деле это всего лишь следствие недосыпания.