Как сон цементирует воспоминания: cпиндели, моторика и нейронаука

Учёные из Гарварда решили докопаться до сути — почему же сон помогает нам запомнить то, что выучили за день. В свежем исследовании, опубликованном в The Journal of Neuroscience, они выяснили: дело в сонных веретёнах. Это такие быстрые вспышки мозговой активности, которые случаются у нас в голове, когда мы спим неглубоким сном (стадия non-REM 2). Оказывается, эти самые веретёна не просто так шумят во всём мозгу — они будто выбирают, где поработать: концентрируются в тех участках коры головного мозга, которые были задействованы во время дневного обучения как мишень для закрепления новых навыков.

Авторство открытия поделили учёные Massachusetts General Hospital и Harvard Medical School. Они решили узнать, действуют ли сонные веретёна по принципу «где учился — там и закрепил», и могут ли изменения в этих вспышках объяснить, почему после сна мы иногда действительно работаем лучше, чем до него. Для этого они вооружились сразу двумя сканерами мозга — электроэнцефалографией (ЭЭГ) и магнитоэнцефалографией (МЭГ), а к ним ещё и МРТ, чтобы следить, где именно мозг занимается повторением информации.

Исследование включило 25 добровольцев, каждый из которых испытывался трижды, с сном между сессиями. В один из визитов испытуемые феерично обучались моторной задаче: нужно было быстро и точно, словно играя в игрушечную пианино левой рукой, набивать пятизначную комбинацию из цифр. После двенадцати коротких серий упражнений участники отправились подремать на 90 минут в МЭГ-сканере. После сна можно было оценить, насколько улучшились их результаты.

Чтобы понять, какие участки мозга реально работали во время набивания по клавишам, учёные сравнивали активность в состоянии покоя и во время выполнения задачи. В итоге удалось выделить 102 области коры, где активность гасилась, когда задача шла полным ходом — это включало зоны, отвечающие за движение (motor), ощущения, планирование движений и дополнительную моторную область.

Главный вывод: после ночи (точнее, дремы) число вспышек веретён в этих «активных обученных» зонах росло! Где-то в 18% из них отмечался прирост веретён, а в «посторонних» зонах — лишь в 3%. Это были прежде всего области, отвечающие за планирование и выполнение движений.

Но этого мало: как показано, зонам, где наблюдался этот рост веретён, был свойствен прогресс в результатах после сна. Причём эффект оказался специализированным: у кого в планирующих движениях областях вспыхивали веретёна, те лучше улучшили что-то новое после сна; а прирост в «исполнительных» зонах был связан с самим процессом обучения. Фокусы не пересекаются, что говорит — первой ночью закладывается след, а в последующие ночи (или дневные сны) эти следы оформляются и закаляются.

Также исследователи выяснили: если у человека изначально бывало больше веретён во сне после учёбы, он и показывал лучший рост навыка, но не наоборот — количество веретён до учёбы на успех не влияло. То есть не гений от рождения, а просто твой мозг поработал как положено.

Любопытно, что увеличение активности веретён фиксировалось и в зонах, не связанных напрямую с движением рукой, например, в областях, отвечающих за движение лицевых мышц и рта. Это авторы связывают с тем, что многие участники подсознательно повторяли вслух или мысленно числа при выполнении задания.

Авторы отмечают: спиндели — это не «шум» или фон сна, а точечный инструмент для прокачки конкретных навыков. Возможно, именно поэтому у людей с такими состояниями, как шизофрения или аутизм, где учебные и память страдают, наблюдаются сбои в работе этих вспышек.

Есть, конечно, ограничения — всё исследование крутилось вокруг моторных навыков и коротких дневных снов. Что будет с другими типами памяти (например, эмоциональной или фактологической) — вопрос, однако авторы полагают, что принцип тут тот же: если учишься — мозг всё запишет туда, где нужно.

Дальше команда собирается копать в сторону отклонений в развитии и уже планирует в будущем пробовать стимулировать такие веретёна для повышения памяти у людей с нарушениями.

Изучением занимались Martin Sjøgård, Dimitrios Mylonas и коллеги.