Чи очищають ваш мозок ельфи-домовики під час сну?

Оригінальна стаття: https://kids.frontiersin.org/articles/10.3389/frym.2018.00023

Автори та рецензенти

Автор: Кен А. Паллер

Рецензенти: Науковий центр Explora та Дитячий музей

Анотація

Сон поглине третину вашого життя. Ви не можете уникнути цього, і не повинні цього робити. Міцний сон може зробити вас чудовими. Але це ще щось. Сон також важливий для навчання. Значна частина того, ким ви є, — ваші спогади та ваші звички — може залежати від того, що робить ваш мозок, коли ви спите. Ця стаття охоплює деякі нові експерименти на цю тему та деякі несподівані відкриття. Кожен день ви отримуєте різноманітні нові знання. Сюди входять те, що ви читаєте, те, чого ви вивчаєте в школі, новини про друзів і ваші власні творчі думки чи фотографії. І, можливо, там, де ви поклали книгу, яку читали. Пізніше багато з цих спогадів може бути важко пригадати. Останні наукові відкриття допомагають нам зрозуміти, як активність мозку під час сну сприяє запам’ятовуванню.

Коли ми спимо, мозок далеко не простоює. Ніхто точно не знає чому. Переведіть комп’ютер у режим сну, і він просто зупиниться і нічого не зробить. Не наші мізки. Проте ми прокидаємося, знаючи дуже мало про те, що робив наш мозок.

Нейробологи мають багато способів спостерігати за мозковою активністю. І вони знайшли багато пояснень цим таємничим подіям у сплячому мозку.

Ось одна ідея. Уявіть ельфа-домовика, зайнятого всю ніч, як у світі Гаррі Поттера. Письменниця Дж. К. Роулінг зобразила ельфа-домовика як істоту, яка працювала, як раб, у домі чарівника, щовечора непомітно прибираючи безлад, який чарівник зробив протягом дня. Але цей «домашній ельф мозку» натомість працюватиме на зміцнення цінних спогадів і придушення неважливих. Чи можете ви уявити групу мініатюрних домових ельфів, які таким чином організовують спогади у вашому мозку? Можливо, саме так наступного ранку спогади стають у хорошому робочому стані.

Так, це фантастика, а не нейронаука. Але наш мозок стикається з великим викликом. Нам потрібно триматися важливих спогадів, і щоб це сталося, це допомагає забути неважливі. Отже, щоб навчання було успішним, потрібне щось на зразок магії.

Кожен день у вашому мозку зберігається незліченна кількість спогадів. Невдовзі вони всі можуть бути забуті. Виберіть день із середини минулого тижня. Скільки ви можете згадати про той день прямо зараз? Швидше за все, більшість спогадів, які ви створили того дня, вже зникли (або, як міг би сказати Гаррі Поттер, «зникли»).

Що, якщо ви хочете протидіяти цій втраті пам’яті? Ви вже знаєте, що робити! Ви практикуєте те, чого навчилися. Те ж саме роблять актори, коли репетирують свої репліки у виставі.

Якщо ви хочете запам’ятати щось, пригадайте це і повторюйте неодноразово.

Один із великих викликів у когнітивній нейронауці – пояснити, як нова інформація потрапляє у ваш мозок. Ми також досліджуємо, як репетиції допомагають. Зусилля, які ви витрачаєте на запам’ятовування, окупаються. Причина в тому, що мозкові мережі змінюються, коли ви їх використовуєте. Отже, коли ви щось згадуєте, ця пам’ять стає сильнішою.

Але це не єдиний спосіб вибрати спогади для зміцнення. Це також відбувається, коли ми спимо. Нам не потрібно планувати репетицію спогадів під час сну. Ми робимо це природно, і прокидаємося, не усвідомлюючи цього.

Слухайте тон

Нещодавній науковий прорив допоміг зв’язати пам’ять і сон. Це включало серію експериментів зі звуками. Якщо флейта грає тихо, поки людина вивчає факт, звук і факт можна пов’язати. Пізніше, під час сну, цей звук флейти може бути досить тихим, щоб не розбудити людину, але все одно нагадати їй про цей факт. Коли це відбувається, мережі мозку, які беруть участь у запам’ятовуванні факту, змінюються.

Більшість вчених, які вивчають сон, раніше вважали, що під час сну слух працює погано. Цей погляд був не зовсім правильним. У 2009 році ми зі студентами виявили, що тихі звуки можна використовувати для дослідження репетиції пам’яті під час сну [1]. Ми прийшли до висновку, що звуки працювали як «нагадування про пам’ять», оскільки вони змінювали зберігання останніх спогадів.

Вчені, які працюють у кількох різних країнах, повторили цей тип експерименту багато разів [2]. Зазвичай ключову роль відіграють студенти. У нашому експерименті студенти спочатку дізналися, де на екрані комп’ютера з’явилися 50 картинок. Наприклад, вони можуть побачити канавку у верхньому лівому куті та степлер у нижньому правому. Кожне зображення з'являлося разом із певним звуком. Це навчання було не дуже веселим порівняно з грою у відеогру, але студенти все одно співпрацювали та вивчили всі місця. Далі кожен учень подрімав. Коли вони прокинулися, ми перевірили їх, щоб побачити, що вони запам’ятали. Вони повинні були пригадати, де саме вони бачили кожну фотографію. Ми виміряли, де вони розмістили це на екрані. Чим ближче вони розмістили кожну картинку до місця, де вона належала, тим кращий результат у цьому тесті на пам’ять.

Для деяких зображень під час сну відтворювалися певні звуки, які до них долучалися. Учні проспали це. Вони не знали, що відтворюються якісь звуки.

Ми порівняли запам’ятовування цих зображень і решти зображень (для яких звук не відтворювався під час сну). Згадування було кращим для зображень, коли їхні звуки відтворювалися під час сну. Коли відтворювалися звуки, зберігання пам’яті в мозку, мабуть, змінилося (див. відео 1). Таким чином, ця загальна експериментальна процедура (див. малюнок 1) дозволяє нейробіологам зламати спогади.

Can you improve your memory while you sleep?

Відео 1 – Цільова реактивація пам’яті. Цей сегмент відео створено Національним науковим фондом та їх командою Science Nation. https://www.nsf.gov/news/special_reports/science_nation/sleepmemory.jsp

Малюнок 1. Описані тут експерименти зазвичай складаються з трьох частин.

По-перше, люди дізнаються нову інформацію. Нова інформація може бути з книги або про те, де розташовані предмети, що означають іноземні слова або як виконувати музичний твір. По-друге, під час сну ця інформація може бути повторно активована, щоб вона більш ефективно зберігалася в мозку. Звук дзвінка, наприклад, може нагадати сплячому мозку інформацію з книги, якщо дзвінок також дзвонив під час навчання. Подібним чином, запах може бути присутнім, коли навчання завершено, а потім знову з’явитися під час сну. Нагадування про пам'ять під час сну збільшують ймовірність того, що інформація міцно запам'ятається. У третій частині експерименту – перевірка пам’яті. Покращено запам’ятовування інформації, яка була повторно активована. Ці експерименти допомагають нам зрозуміти нормальний процес навчання. Здається, коли ми спимо щоночі, наш мозок зайнятий тренуваннями та пригадуванням нового, про що ми дізналися. Звичайно, також корисно відтворювати спогади, коли ми не спимо. Наразі незрозуміло, чому репетиція пам’яті може бути особливо корисною під час сну, хоча мозок виробляє інтригуючі електричні сигнали, які, здається, натякають на те, що відбувається всередині. Ці та інші таємниці чекають на розгадку нейробіологів майбутнього.

Злом пам'яті

Це дослідження просуває нас вперед у розумінні того, як спогади зберігаються в мозку. Висновки також викликають дику можливість. Можливо, люди могли б вибрати спогади для відновлення під час сну вдома. навіщо це робити Однією з причин є те, що ми можемо не висипатися. І навіть коли ми це робимо, сон може не працювати ідеально. Ми можемо неусвідомлено повторювати речі, які хотіли б забути. Ваш сон наповнений будь-якими неприємними спогадами? Можливо, замість цього ви могли б відрепетирувати те, що справді хочете запам’ятати.

Існує багато можливостей використання сну для покращення навчання. У 2015 році дослідники допомогли студентам вивчити іноземну мову за тією ж базовою методикою [3]. Спочатку студенти витратили деякий час на вивчення голландських слів. Деякі з цих слів були повторені пізніше, коли студенти спали. Коли вони прокинулися, вони знали значення слів, які були представлені під час сну, краще, ніж ті, які не були представлені під час сну. У подібному дослідженні ми покращили вивчення правил граматики, важливих для вивчення нової мови [4]. Ми також зміцнювали музичні навички під час сну [5]. У цьому дослідженні студенти вперше навчилися виконувати дві пісні на клавішних. Це було схоже на відеогру Guitar Hero: рухливі кола скеровували студентів натискати клавіші належним чином для створення кожної пісні. Потім настав сон. Після цього учні краще грали пісню, яку їм тихенько прослухали під час сну.

Ми вчимося деяким навичкам і звичкам, не знаючи, що вчимося їм. Технічний термін для цього типу навчання — імпліцитне навчання. Одним із прикладів є шкідлива звичка скрипіти зубами під час сну. Якщо ви це зробите, як ви можете навчитися зупинятися? Може бути важко контролювати те, що ви робите лише під час сну. Наша ідея полягає в тому, що спеціальні звуки, які відтворюються під час сну, можуть допомогти. По-перше, люди навчилися відпускати щелепи, коли чули «звук розслаблення» протягом дня. Той самий звук міг потім спонукати їх розслабити щелепу під час сну.

Такі нові ідеї потребують перевірки. Ми ще не знаємо, чи будуть вони працювати. Але ми маємо надію завдяки іншим результатам експериментів. Наприклад, наш метод сну допоміг з іншою звичкою, коли ми використовували його, щоб посилити тренування, щоб зменшити упередження [6].

Щоб зрозуміти наш експеримент, розглянемо наступне. Усі ми поступово формуємо загальні уявлення про групи людей під час перегляду фільмів, телебачення тощо. Це природна частина навчання. Ми можемо підхопити такі ідеї (узагальнення), не підозрюючи про це, і навіть не погоджуючись з ідеями. Потім ці ідеї можуть впливати на наші думки та поведінку щодо людей у ​​цих групах. Ось один конкретний приклад. Колись поширеним стереотипом було те, що жінки недостатньо розумні, щоб бути вченими. Вчених у кіно та на телебаченні часто грали літні, лисі, білі актори. Вплив цього стереотипу може спричинити несвідоме соціальне упередження. Цей тип упередженості щодо групи людей регулярно впливає на те, як ми ставимося до інших людей, і нам не потрібно усвідомлювати цей вплив. Але, як і інші типи навчання, ці звички упередженості можна змінити шляхом навчання. Наприклад, неодноразовий досвід зустрічі з жінками, які є дивовижними вченими, може зменшити упередженість, яку ви можете отримати від ЗМІ. Наш експеримент показав, що нагадування про пам’ять під час сну можуть підсилити навчання, щоб зменшити поширені упередження щодо людей.

Дослідження також можуть виявити способи досягнення інших цінних переваг, використовуючи нагадування про пам’ять під час сну. Наприклад, навчання може бути дуже важливим після пошкодження мозку. Пацієнту може знадобитися відновити здатність говорити або нормально рухатися. Сеанси реабілітації спрямовані на прискорення навчання в певних мережах мозку. Відновлення залежить від того, наскільки добре прогресує це навчання. З лише кількома годинами терапії на тиждень може знадобитися деякий час, перш ніж ця реабілітація спрацює. Терапія за допомогою сну може використовувати звуки, пов’язані з діями, які пацієнт намагається навчитися. Програвання цих звуків щовечора може прискорити одужання людини. Сподіваюся, майбутні експерименти покажуть, як це зробити.

Чи може злом пам'яті бути шкідливим?

Нові способи модифікації спогадів можуть коштувати. Досі я наголошував на способах допомоги людям. Але чи можуть ці методи також зашкодити людям?

Письменник Олдос Хакслі уявив, як погано все може піти у своєму романі «Чудовий новий світ» [7]. У цій історії держава контролювала своїх громадян через те, що Хакслі назвав «гіпнопедією». Тобто, коли немовлята та діти спали, їх навчали певним способам мислення. Кожному призначалася певна роль у суспільстві, комусь високому, а комусь низькому. І їх усіх переконали купувати речі та бути завзятими споживачами. Завдяки своїй підготовці, здавалося, у людей у ​​цьому світі не було іншого вибору, як взяти на себе свої обов’язки та прийняти призначений їм статус.

Ми повинні обережно працювати з новою технологією. Люди не хочуть, щоб їхні спогади змінювалися під час сну без їхнього дозволу. Можливе зловживання цим методом. Наприклад, неетичний власник готелю може відтворювати повідомлення гостям готелю, поки вони сплять. Гості можуть отримати небажану рекламу, навіть не підозрюючи про це. Ми повинні бути пильними, щоб не зловживати методами зміни спогадів під час сну.

В експериментах, які я описав, процедура вимагала певної підготовки. Люди завжди не спали під час цього навчання, і те, що вони дізналися, не було приховано від них. Один із способів уникнути небажаних змін пам’яті під час сну – це відкинути те, чого навчають.

Неврологія відкрила двері до нових можливостей для того, щоб скерувати сплячий мозок до кращої роботи. У певному сенсі ельфи-домовики справді очищають ваш мозок під час сну. Завдяки подальшим науковим зусиллям у цих нових напрямках краще розуміння сплячого мозку може принести багато різних переваг. В ідеалі це дослідження дасть нам більше причин цінувати, а не обурюватися, своєю потребою у сні.

Глосарій

Нейробологи: ↑ Вчені, які вивчають мозок і нервову систему.

Когнітивна нейронаука: ↑ Ця частина нейронауки займається дослідженням психічних функцій.

Мозкові мережі: ↑ Набір клітин мозку (нейронів), які можуть бути активними разом. Навчання передбачає зміни в таких мережах мозку. Нейробіологи використовують термін «нейронна пластичність» для позначення цих змін у тому, як нейрони в мережі з’єднані один з одним.

Неявне навчання: ↑ тип навчання, який відбувається без того, щоб люди усвідомлювали, чого вони навчилися. Після цього навчання, як і під час отримання навичок, звички або процедури, люди можуть думати та поводитися по-іншому, не усвідомлюючи, що їхні думки та поведінка були змінені неявним навчанням.

Несвідоме соціальне упередження: ↑ Різновид навчання звичок, під час якого ми отримуємо загальні уявлення про групи людей. Потім ці упередження впливають на те, як ми ставимося до інших, іноді несправедливо, навіть коли ми не усвідомлюємо, що наша поведінка керується цим навчанням.

Заява про конфлікт інтересів

Автори заявляють, що дослідження проводилося за відсутності будь-яких комерційних чи фінансових відносин, які можна було б витлумачити як потенційний конфлікт інтересів.

Подяки

Деякі дослідження, які привели до цих результатів, отримали фінансування від Національного наукового фонду. Я вдячний моїм численним співробітникам у цьому дослідженні, а також моїм друзям Марсії Грабовецький, Джону Куніосу та Лізі Муньос за їхню допомогу в написанні. Ця стаття заснована на статті, яка спочатку була опублікована на LiveScience.com.

Список літератури

[1] ↑ Рудой, ​​Дж.Д., Восс, Дж.Л., Вустеверг, К.Е., і Паллер, К.А. 2009. Зміцнення індивідуальних спогадів шляхом їх повторної активації під час сну. Наука 326:1079. doi:10.1126/science.1179013

[2] ↑ Одієтта, Д., і Паллерб К.А. 2013. Оновлення сплячого мозку за допомогою цільової реактивації пам’яті. Тенденції Cogn. Sci. 13:142–9. doi:10.1016/j.tics.2013.01.006

[3] ↑ Шрайнер, T., і Раш, Б. 2015. Посилення вивчення лексики за допомогою словесних підказок під час сну. церебр. Cortex 25:4169–79. doi:10.1093/cercor/bhu139

[4] ↑Баттерлінк, Л.Дж., і Паллер, К.А. 2017. Обробка пам’яті на основі сну сприяє граматичному узагальненню: докази цільової реактивації пам’яті. Брейн Ланг. 167:83–93. doi:10.1016/j.bandl.2015.09.003

[5] ↑ Ентоні, Дж. В., Гобель, Е. В., О'Харе, Дж. К., Ребер, П. Дж., і Паллер, Ка. Нац. Неврологія. 15:1114–6. doi:10.1038/nn.3152

[6] ↑Хью, С., Ентоні, Дж.В., Крірі, Дж.Д., Варгас, I.M., Боденхаузен, Г.В., і Паллер К.А. 2015. Відмова від неявних соціальних упереджень під час сну. Наука 348:1013–5. doi:10.1126/science.aaa3841

[7] ↑ Хакслі, А. 1932. Чудовий новий світ.