Елена Белова - Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове

Сон нужен для обучения и формирования памяти

Одно из последствий депривации сна — ухудшение памяти. Если людям или животным не давать спать, они гораздо хуже учатся новому. Более того, активное обучение приводит к тому, что меняется структура сна: некоторые фазы сна (прежде всего быстрого и глубокого медленноволнового) длятся дольше и протекают более интенсивно. Участники, у которых такие изменения проявляются сильнее, лучше справляются с тестами, проверяющими запоминание.

Каким образом сон улучшает память? Оказывается, пока мы спим, отделы мозга, отвечающие за запоминание, проигрывают важные впечатления, которые мы накопили за день, и укладывают информацию из кратковременной памяти в долговременную.

Когда исследователи вживили крысам электроды в гиппокамп, они буквально увидели, как внутри нейронов воспроизводится та же активность, что и накануне днем. Например, если учить крыс ориентироваться в лабиринте, нейроны внутри гиппокампа активируются в определенной последовательности — это клетки места, с помощью которых крыса понимает, где она находится. Когда после обучения крысы заснули, ученые вновь увидели активность в тех же клетках, и последовательность, в которой они активировались, совпадала с той, что ученые видели у животных, пока они искали путь в лабиринте [20]. Любопытно, что такое проигрывание происходит и во время быстрого, и во время медленного сна. Различия в скорости: в фазе быстрого сна нужный паттерн проигрывается столько же, сколько и во время бодрствования, а во время глубокого медленноволнового сна это происходит словно на перемотке с семикратным ускорением [9]. Получается, что, набравшись впечатлений за день, во сне гиппокамп обучает нейроны коры нужным паттернам активности — правильные связи и паттерны активности и образуют человеческую память.

Сон нужен для забывания

Когда речь заходит о связи сна и памяти, ученые принимаются спорить о том, для чего именно нужен сон: для запоминания или, наоборот, для забывания [10, 21]? Действительно, хорошая память — это не только помнить нужное, но и не держать в голове лишнего. Многие исследования указывают на то, что сон улучшает запоминание — например, когда речь заходит об изучении иностранного языка и новых слов. С другой стороны, мозгу необходимо очищать внутренний буфер обмена от лишней информации. Если подумать, абсолютная память могла бы стать для человечества настоящим проклятием: представьте, что вы помнили бы все прочитанные книги наизусть — работать с такой информацией намного тяжелее, чем с кратким содержанием и смыслом, который остается в памяти у обычного человека. Представьте себе, что вы дословно помните все четыре тома «Войны и мира» Льва Толстого — в этом случае вам пришлось бы каждый раз мысленно пробегаться по всему тексту, чтобы найти ответ на какой-то вопрос: скажем, кем приходились друг другу Наташа Ростова и Пьер Безухов. Когнитивисты, изучающие людей с фотографической памятью, иногда описывают этот феномен: такие люди способны дословно воспроизвести прочитанное, но не всегда могут сделать из этого вывод и зачастую испытывают сложности даже с кратким пересказом своими словами.

Сон крайне важен для того, чтобы наша голова не перегружалась информационным мусором.

Исследователи, упирающие на важность сна для забывания, говорят о том, что с запоминанием люди прекрасно справляются и в состоянии бодрствования. Достаточно дать им отдохнуть и посидеть в тишине перед следующим тестом, чтобы они легче вспоминали выученное ранее и запоминали больше новой информации. С другой стороны, в исследованиях, где людям или животным было необходимо переучиться, то есть забыть ранее выученные действия или информацию, чтобы выучить новую, именно сон, а не просто отдых заметно влиял на результаты [10].

Переработка информации и обучение — это не только способность что-то запомнить. Чтобы не перегружать голову мусором, для начала нужно выделить самое важное в вашем опыте, чтобы в памяти осталось именно оно. Остальные детали, которые вряд ли пригодятся, разумнее (и экономнее) забыть. Когда человек просыпается свежим и отдохнувшим, из его головы выветриваются мелкие подробности вчерашнего дня и проще воспринимать впечатления сегодняшнего.

Сон обеспечивает нейропластичность

Обучение, запоминание нового и забывание старого должно буквально перекраивать нервную ткань, когда ненужные старые связи разрушаются, а взамен появляются новые, более актуальные в новых условиях. Изменение связей внутри нервной сети носит название «нейропластичность» — это важнейший процесс, позволяющий мозгу меняться, учиться, приспосабливаться к новому и восстанавливаться после травм или болезней.

Обе фазы сна, судя по всему, очень важны для нейропластичности: и дело тут не только в том, что одновременно пользоваться мозгом и перестраивать связи в нем довольно затруднительно. Выше я писала о том, что во время сна радикально меняется уровень нейромедиаторов: фактически нейроны попадают в совершенно новую химическую обстановку. Как раз благодаря этому внутри мозга могут перестраиваться контакты между клетками, чтобы на следующее утро он проснулся обновленным.

Некоторые исследователи сна и памяти считают, что во время медленного сна может происходить усиление нужных синапсов, пока гиппокамп многократно проигрывает важные дневные впечатления с большим ускорением. Когда же мозг переходит к быстрому сну, химическая среда меняется так, чтобы можно было ослабить ненужные или мешающие обучению синапсы [9]. Другие упирают на то, что в разных фазах происходит разное обучение: медленный сон помогает запоминать события и факты, то есть усиливает (по-научному, консолидирует) декларативную память.

Быстрый сон нужен для усвоения действий, навыков и привычек — он влияет на процедурную память [22].

Как бы то ни было, обе фазы сна важны для правильной перестройки контактов в нервной системе, обеспечивающих обучение и запоминание, и это очень активный и энергозатратный процесс. Ученые-генетики обнаружили, что во время сна активно работают другие гены, и не один или два — речь идет о сотнях генов, отличающих сон и бодрствование. Если же заблокировать образование новых белков в нервных клетках, нужные перестройки не произойдут и мозг не выучит нужные действия [9].

Наверное, можно вполне обоснованно сказать, что мозг — очень дорогой орган: его активность требует огромных затрат энергии, к тому же он накапливает шум и токсины, которые мешают ему эффективно работать. А еще крайне сложно одновременно работать с новой информацией и запоминать уже воспринятое: невозможно одномоментно перестраивать соединения внутри нервной системы и использовать их для обработки новой информации. Отключившись от внешнего мира, мозг начинает заниматься внутренним хозяйством.