Що робить мозок під час сну, Осі світу
Про те, що сон ділиться на кілька стадій, одна з яких - стадія швидкого сну, вчені здогадалися 55 років тому. Честь цього відкриття належить студенту університету Чикаго Юджина Азерінскі і його науковому керівнику Натаніелю Клейтману.
Виявилося, що людина начебто й спить, але її очні яблука енергійно рухаються, а сама вона бачить яскраві сни, що запам'ятовуються. Мало того, пильнування із заплющеними очима займає п'яту частину всього часу сну, і в цей час клітини мозку дуже активні: вони, як свідчать сьогоднішні дослідження, зайняті переробкою інформації.
Отже, як тепер відомо, з кожної восьмої години ми по-справжньому спимо лише шість годин з невеликим.У фазі швидкого сну наш мозокне приймає нової інформації від органів чуття і не подає команди м'язам: він переробляє отриману і (sic!) створює програми поведінки на майбутнє, упорядковує і зміцнює нашу пам'ять, що дозволяє на наступного ранку користуватися нею більш ефективно. Те, що ранок вечора мудріший, люди помітили в незапам'ятні часи. Але чому? Довгі десятиліття дослідники вважали, що сон зміцнює пам'ять, оскільки є пасивним захистом від нашарування нових вражень. Ми забуваємо, тому що нова інформація виштовхує раніше отримані спогади. А коли ми спимо, нова інформація не надходить, і мозок має можливість розкласти отриману за день інформацію по поличках, де вона і може закріпитися. Виявилося, що сон зміцнює пам'ять дуже активно, й у процесі бере участь його швидка фаза.
Що бачать гризуни уві сні?
Вчені поки що не знають точно, як функціонує наша пам'ять. Є припущення, що вчорашні події знову спливають завдяки активізації зв'язківміж сотнями, тисячами чи, можливо, навіть мільйонами нейронів. Так утворюються активні зони, збуджуючи які знову і знову, ми даємо завдання мозку закріпити отримані відомості або повернути щось давно забуте. Тому й кажуть, що повторення – мати вчення. Таким чином група клітин, які разом збуджуються, утворюють спогад, наприклад про пройдений напередодні на уроці географії або про те, де лежать ключі від квартири.
Сучасні прилади дозволяють спостерігати за тим, які саме зони мозку працюють зараз, чим і скористалися нейробіологи Метью Вілсон і Брюс Мак-Нотон з Університету Арізони. Вони вживили вмозокщурів імпланти, що дозволяють реєструвати активність нейронів, і пустили тварин бігати від годівниці до годівниці замкнутим маршрутом. Коли щури проходили різні ділянки маршруту, вони активували різні клітини гіпокампа — структури мозку, відповідальної за просторову пам'ять. Активність різних «клітин місця» так тісно співвідносилася з фізичною локалізацією щура, що дослідники могли стежити за переміщенням тварин за маршрутом, просто спостерігаючи за тим, які клітини зараз працюють. Коли щури набігалися і заснули, експериментатори продовжували записувати активність «клітин місця» і виявили, що клітини збуджуються в колишньому порядку, якби щури уві сні проходили маршрут.
Навчання уві сні: міф чи реальність?
Алемозок уві сні не просто проводить несвідоме тренування пам'яті, він може вибірково зміцнювати ті її ділянки, які найбільше цього потребують. У 2005 році Метью Волкер з Гарвардської медичної школи просив добровольців друкувати на клавіатурі безглузді послідовності, такі як 4-1-3-2-4. Це щось схоже на ігри на фортепіано з аркуша, з не відомихраніше нот. Те, що після доброго сну рухи пальців ставали швидшими та координованішими, загалом, очевидно. Проте ретельні дослідження показали, що люди, що добре виспалися, не просто швидше друкували, але особливо досягли успіху в друкуванні тих послідовностей, які спочатку давалися їм найважче.Мозок всю ніч ганяв їх пам'ятьза цими послідовностями, і в результаті до моменту пробудження вони найкраще і запам'яталися. Мало того, дослідження Волкера показали, що ті учасники його експерименту, які виспалися, при виконанні завдання значно менше задіяли ділянки свого мозку, відповідальні за свідомі зусилля, але активніше ті зони головного мозку, які забезпечували швидші і точніші удари по клавішах.
Висновок простий до банальності: той, хто хоче добре вчитися та ефективно працювати, має добре спати. У 2004 році Ульріх Вагнер та його співробітники з Любецького університету (Німеччина) поставили досить своєрідний експеримент. Спочатку вони навчили добровольців вирішувати певний тип математичних завдань довгим і нудним методом і дали їм практики 100 завдань. Потім піддослідних відіслали на 12 годин, пообіцявши на майбутнє ще 200 завдань. Дослідники не сказали своїм підопічним, що існує простіший спосіб вирішення подібних завдань, проте багато добровольців до другого заняття дійшли до цього варіанту рішення самостійно. І тут виявилася різниця між сном і неспанням. Серед тих, хто між двома сеансами спав, простий метод рішення виявили 59%, а серед тих, хто не спав — лише 23%. Це привело дослідників до висновку, що нашмозокспроможний вирішити проблему, навіть якщо попередньо не знає про інші можливості її вирішення, і уві сні він справляється з цим краще, ніж наяву. Іробить він це переважно у стадії швидкого сну. Чим довше людина спить, тим довше стає ця фаза. Тому для деяких аспектів консолідації пам'яті необхідно проспати понад шість годин. Зате після довгого сну мозок працює набагато ефективніше, і про це слід пам'ятати творчим особистостям, які продовжують свій день за рахунок безсонної ночі.
Що потрібно робити ночами
Постає питання, чому люди еволюціонували таким шляхом, що деякі пізнавальні функції здійснюються у них тільки уві сні? Чомумозокне може обробляти інформацію в денний час? Можливо, річ у тому, що сон виник у результаті еволюції задовго до вищого пізнання. У світі, де чергуються світло та темрява, ефективніше вдень полювати, а вночі спати (або навпаки). Так склалося, що добові ритми грають у нашому житті визначальну роль. І мозку довелося пристосуватися до цих обставин і розумно використовувати час сну для обробки інформації, отриманої під час неспання. Але це лише одна з гіпотез.
Інша полягає в тому, що, можливо, наше сонне пізнання використовує самі ресурси мозку, які при неспанні зайняті отриманням інформації, тобто обробкою сигналів від органів чуття. Тому для якісного зміцнення пам'яті необхідно, щоб організм перестав отримувати ці сигнали та звільнив ресурси для складування інформації. Звичайно, відключати зовнішні канали найзручніше в той час, коли організм спить, а сон властивий всім теплокровним тваринам.
Втім, гіпотез може бути й більшим. Вчені досі не розуміють, як мозок здійснює обробку раніше отриманої інформації? Які хімічні речовини чи молекули беруть участь у механізмах пам'яті? Що дозволяє мозку запам'ятовувати одні факти та забувати інші? ІВивчення сну — один із способів відповісти на ці питання.
Не зайве згадати і про великі ідеї, побачені уві сні. Так, Менделєєву наснилася його Періодична таблиця хімічних елементів, а Фрідріх Август Кекула побачив структуру молекули бензолу (вона постала у вигляді згорнутої в кільце змії, що б'є хвостом).