55 лет назад студент Чикагского университета Юджин Азерински и его научный руководитель Натаниэль Клейтман открыли стадию быстрого сна. Оказалось, что человек вроде бы и спит, но его глазные яблоки энергично движутся, а сам он видит яркие, запоминающиеся сны. Мало того, бодрствование с закрытыми глазами занимает пятую часть всего времени сна, и в это время клетки мозга весьма активны: они, как показывают сегодняшние исследования, заняты переработкой информации
Итак, как теперь известно, из каждых восьми часов мы понастоящему спим лишь шесть часов с небольшим. В фазе быстрого сна наш мозг не принимает новой информации от органов чувств и не подает команды мышцам: он перерабатывает полученную и (sic!) создает программы поведения на будущее, приводит в порядок и укрепляет нашу память, что позволяет на следующее утро пользоваться ею более эффективно. То, что утро вечера мудренее, люди заметили в незапамятные времена. Но почему? Долгие десятилетия исследователи считали, что сон укрепляет память, поскольку служит пассивной защитой от наслоения новых впечатлений. Мы забываем, потому что новая информация выталкивает прежде полученные воспоминания. А когда мы спим, новая информация не поступает, и у мозга есть возможность разложить полученную за день информацию по полочкам, где она и может закрепиться. Оказалось, однако, что сон укрепляет память весьма активно, и в этом процессе участвует его быстрая фаза.
Что снится крысе
Ученые пока не знают точно, как функционирует наша память. Есть предположение, что вчерашние события всплывают снова благодаря активизации связей между сотнями, тысячами или, возможно, даже миллионами нейронов. Так образуются активные зоны, возбуждая которые опять и опять, мы даем задание мозгу закрепить полученные сведения или вернуть что-то давно позабытое. Поэтому и говорят, что повторенье — мать ученья. Таким образом группа клеток, которые вместе возбуждаются, образуют воспоминание, например, о пройденном накануне на уроке географии или о том, где лежат ключи от квартиры.
Современные приборы позволяют наблюдать за тем, какие именно зоны мозга работают в данный момент, чем и воспользовались нейробиологи Мэтью Уилсон и Брюс Мак-Нотон из Университета Аризоны. Они вживили в мозг крыс импланты, позволяющие регистрировать активность нейронов, и пустили животных бегать от кормушки к кормушке по замкнутому маршруту. Когда крысы проходили разные участки маршрута, у них активировались разные клетки гиппокампа — структуры мозга, ответственной за пространственную память. Активность разных «клеток места» так тесно соотносилась с физической локализацией крысы, что исследователи могли следить за перемещением животных по маршруту, просто наблюдая за тем, какие клетки в данный момент работают. Когда крысы набегались и заснули, экспериментаторы продолжали записывать активность «клеток места» и обнаружили, что клетки возбуждаются в прежнем порядке, как если бы крысы во сне проходили маршрут.
Студент спит, ученье идет
Но мозг во сне не просто проводит бессознательную тренировку памяти, он может избирательно укреплять те ее участки, которые более всего в этом нуждаются. В 2005 году Мэтью Уолкер из Гарвардской медицинской школы просил добровольцев печатать на клавиатуре бессмысленные последовательности, такие, как 4-1-3-2-4. Это что-то сродни игры на фортепиано с листа, с не известных ранее нот. То, что после доброго сна движения пальцев становились более быстрыми и координированными, в общем, очевидно. Однако тщательные исследования показали, что хорошо выспавшиеся люди не просто быстрее печатали, но особенно преуспели в печатании тех последовательностей, которые вначале давались им труднее всего. Мозг всю ночь гонял их память по этим последовательностям, и в результате к моменту пробуждения они лучше всего и запомнились. Мало того, исследования Уолкера показали, что те участники его эксперимента, которые выспались, при выполнении задания значительно меньше задействовали участки своего мозга, ответственные за сознательные усилия, но активнее — те зоны головного мозга, которые обеспечивали более быстрые и точные удары по клавишам.
Вывод прост до банальности: тот, кто хочет хорошо учиться и эффективно работать, должен хорошо спать. В 2004 году Ульрих Вагнер и его сотрудники из Любекского университета (Германия) поставили весьма своеобразный эксперимент. Сначала они обучили добровольцев решать определенный тип математических задач длинным и скучным способом и дали им для практики 100 задачек. Затем подопытных отослали на 12 часов, посулив на будущее еще 200 заданий. Исследователи не сказали своим подопечным, что существует более простой способ решения подобных задач, однако многие добровольцы ко второму занятию дошли до этого варианта решения самостоятельно. И тут-то обнаружилась разница между сном и бодрствованием. Среди тех, кто между двумя сеансами спал, простой метод решения обнаружили 59%, а среди тех, кто бодрствовал, — только 23%. Это привело исследователей к выводу, что наш мозг в состоянии решить проблему, даже если предварительно не знает о других возможностях ее решения, и во сне он справляется с этим лучше, чем наяву. И делает он это преимущественно в стадии быстрого сна. Чем дольше человек спит, тем продолжительнее становится эта фаза. Поэтому для некоторых аспектов консолидации памяти необходимо проспать более шести часов. Зато после долгого сна мозг работает гораздо эффективнее, и об этом следует помнить творческим личностям, продлевающим свой день за счет бессонной ночи.
Ночь не для эмоций
Спрашивается, почему люди эволюционировали таким путем, что некоторые познавательные функции осуществляются у них только во сне? Почему мозг не может обрабатывать информацию в дневное время? Возможно, дело в том, что сон возник в результате эволюции задолго до высшего познания. В мире, где чередуются свет и тьма, эффективнее днем охотиться, а ночью спать (или наоборот). Так уж сложилось, что суточные ритмы играют в нашей жизни определяющую роль. И мозгу пришлось приспособиться к этим обстоятельствам и разумно использовать время сна на обработку информации, полученной в период бодрствования. Но это лишь одна из гипотез.
Другая состоит в том, что, возможно, наше сонное познание использует те же ресурсы мозга, которые при бодрствовании заняты получением информации, то есть обработкой сигналов от органов чувств. Поэтому для качественного укрепления памяти необходимо, чтобы организм перестал получать эти сигналы и освободил ресурсы для складирования информации. Естественно, отключать внешние каналы удобнее всего в то время, когда организм спит, а сон присущ всем теплокровным животным.
Впрочем, гипотез может быть и больше. Ученые до сих пор не понимают, как мозг осуществляет обработку ранее полученной информации? Какие химические вещества или молекулы участвуют в механизмах памяти? Что позволяет мозгу запоминать одни факты и забывать другие? И исследование сна — один из способов ответить на эти вопросы. Полезно напомнить: великому Менделееву его Периодическая таблица элементов пришла именно во сне, как Фридриху Августу Кекуле — структура молекулы бензола в виде змеи, свернувшейся кольцом и бьющей хвостом.
