Люди довольно давно обнаружили, что сон имеет какое-то значение для памяти, и выразили свое понимание этого процесса в пословице «Утро вечера мудренее». Ученым спустя какое-то время удалось собрать доказательства, демонстрирующие, что с нашей памятью во время сна происходят некоторые события.

1

Исследования последних лет показали, что если испытуемым во время эксперимента после обучения давать возможность какое-то время поспать, то это приводит к достоверному улучшению этой памяти.

Было проведено много экспериментов с так называемой декларативной памятью - с памятью того вида, относительно которого мы можем декларировать, что мы что-то знаем. Так, например, испытуемым, приходящим в лабораторию, где исследуют эти феномены, вечером выдавали список незнакомых для них слов, которые они должны были запомнить. Они выучивали его, а утром их тестировали. И оказалось, что этот утренний тест, даже если их разбудили очень рано, в 6 часов утра, показывает, что они помнят больше слов, чем если бы их сразу спросили после того, как они выучили эти слова

2

Однако не все виды памяти декларативные. Про некоторые виды памяти мы не можем сказать или декларировать, как мы, например, едем на велосипеде. Это другой вид памяти, который называется «моторная память». И оказалось, что сон способствует, в том числе и моторным видам памяти. Так, например, в экспериментах испытуемым предлагалось запомнить последовательность нажатий клавиш. Во время эксперимента нужно сначала нажать левым мизинцем на левой руке, средним пальцем на правой руке и проиграть некую последовательность. Испытуемый должен запомнить эту последовательность. После практики этой последовательности в течение некоторого времени эти люди могут быть протестированы. Если после того как они выучили некую последовательность, они ложатся спать в лабораторных условиях, то, оказывается, на следующее утро они выполняют эту последовательность с меньшим количеством ошибок. Но при этом очень четко показывается, что уменьшается количество ошибок и уменьшается время, за которое они проигрывают эту последовательность. Если у них была какая-то проблемная точка, - например, они все время забывали, что седьмой должна быть такая-то клавиша, нажатая таким-то пальцем, - то, как правило, именно эти точки улучшаются. Испытуемые начинают вдруг, неожиданно делать их очень хорошо.

Если взять контрольную группу, которой не давать спать, то есть период времени обучения будет точно таким же, но одна группа спит, а другая не спит, то улучшения у этой депривированной группы, которой не дают спать, не происходит. Таким образом, феномен улучшения памяти после сна был продемонстрирован как на декларативных, так и на моторных видах памяти.

3

Кроме того было продемонстрировано, что принятие решений или какие-то интересные догадки приходят к нам во время сна. Наверняка многим хорошо известны эти феномены. Вспомним, что Менделеев увидел свою таблицу во сне.
В середине 2000-х гг. была предпринята попытка смоделировать такой феномен инсайта (или озарения) в эксперименте. Испытуемым давалась задачка, в которой они должны были из одной последовательности цифр генерировать вторую последовательность цифр. Использовались только три цифры, например, 1, 4, 9, а последовательности содержали 8 цифр, например, 11449494. Правила генерации новой последовательности были простыми: если цифры одинаковые, нужно писать такую же, если разные, то нужно писать третью. Хитрость заключалась в том, что последние цифры вновь генерируемой последовательности являлись зеркальное отражение трех, которые находились перед этим. Но люди не замечали этого, не видели этого решения. До момента, пока они не увидели решения этой задачи, испытуемые отправлялись спать. А на следующее утро они возвращались и снова начинали выполнять эту задачу. И оказалось, что процент догадавшихся об этой хитрости людей (догадавшиеся выполняли генерацию новой последовательности гораздо быстрее) достоверно выше именно в группе, которой давали спать. Контрольная группа, которой не давали спать, такого улучшения времени решения этой задачи не показывала. Причем интересно, испытуемые возвращались в лабораторию, начинали делать эту задачу и сразу показывали улучшение во времени. И только потом говорили: «А, понятно! Здесь вот такая хитрость, здесь зеркальное отражение».

4

Возникает логичный вопрос: что происходит с нашей памятью во сне? И для того, чтобы понять, что лежит в основе этого феномена, необходимо рассказать, что происходит с нашими нейронами или с нашим мозгом в тот момент, когда мы спим. И оказалось, что нейроны, которые имеют какую-то поведенческую специализацию, то есть демонстрируют повышение своей активации в тот момент, когда происходит выполнение какого-то поведения или действия, или выучивание навыка, - повторяют свою активацию, то есть активируются заново именно во время сна.

Первоначально этот феномен на нейронном уровне был установлен у крыс при регистрации нейронной активности при выполнении навыка и во сне. Животным предлагалась достаточно простая задача бегать по кольцу и собирать в этом кольце еду, разбросанную случайным образом. Еще до начала этих экспериментов задолго было установлено, что существуют нейроны, связанные с нахождением животного в определенном месте, то есть нейроны места. Когда животное бегало по этому кольцу и собирало еду, то в каждый момент в каждом месте этого кольца активировалась своя какая-то группа нейронов. Пробежка по этому кольцу означала смену одной нейронной группы другой. Вы, наблюдая смену нейронных активаций, можете видеть, не глядя на животное, что животное перемещается по этому кольцу.

Дальше исследователи продолжили регистрацию нейронной активности после того, как животное свернулось калачиком и уснуло после обучения в данной ситуации. И оказалось, что, когда животное спит, нейронные группы точно так же сменяют друг друга, как будто бы животное пробегает по этому кольцу. Только активация нейронов была меньше, чем в тот момент, когда это была реальная пробежка. Но последовательность и смена нейронных групп выглядели таким образом, что это позволяло ученым предполагать, что животное в этот момент представляет себе или видит эту пробежку, или что ей снится эта пробежка.

5

На людях регистрация нейронной активности возможна только по медицинским показаниям и во время сна еще не проводилась. Однако у людей можно регистрировать активность целого мозга, например, методами функциональной магниторезонансной томографии или позитронно-эмиссионной томографии. Эти методы дают возможность увидеть некую глобальную активность мозга, потому что, например, потребление глюкозы или усиление кровотока происходит там, где выше активность нейронов. И, соответственно, есть возможность наблюдать за теми местами, где наиболее активно происходит потребление глюкозы или потребление кислорода в мозге. И вот в таких экспериментах на человеке было установлено, что во время сна воспроизводится, только в меньшей степени, паттерн мозговой активности, который наблюдался при реальном выполнении навыка.

6

При всем при том можно продемонстрировать как повторяющуюся активность некоторых нейронов, так и возникновение некоторых других активностей, которые не наблюдались в тот момент, когда происходило реальное обучение или реальное воспроизведение этой ситуации. Можно предположить, что за феноменом улучшения памяти лежит воспроизведение нейронной активности во время сна и в то же время добавление активности каких-то других нейронов, что в совокупности приводит к тому, что те группы, которые связаны с теми или иными видами поведения, реорганизуются. И они уже становятся несколько иными. Они могут быть более детальными, менее детальными, но они иные. И тот факт, что эти группы не являются изначально сформированными нейронными группами, предположительно и лежит в основе феномена улучшения памяти после сна.

7

Открытых вопросов, связанных с этой темой, гораздо больше, чем закрытых. Мы фактически не знаем ничего. Какие именно нейроны воспроизводят свою активность? Очевидно, что не все. Очевидно, что нейрон менее активен, он генерирует во сне всего несколько потенциалов действий, дает несколько активаций. Почему он дает всего несколько активаций? Это не ясно. Все ли нейроны, составлявшие ту группу, которая активировалась в момент приобретения какой-либо памяти активируются заново во сне? Этого мы тоже не знаем. Можно предположить, что не все. Но тогда возникает вопрос, какие именно из них остаются? И почему именно они? Можно ли, поняв закономерности того, что происходит с этими нейронными группами во время сна, самостоятельно, искусственно комбинировать эти нейронные группы? Если мы знаем, что к улучшению памяти приведет активация именно этих клеток, а не тех, то можем ли мы, искусственно их активируя, создать такую нейронную группу, которая уже не смогла бы распасться, и они теперь все время активировались бы вместе, и это привело бы к наличию какой-то памяти, которую невозможно было бы стереть никаким приобретением другой памяти? Мы на данный момент таких закономерностей не знаем.