Сон, который делает нас умнее: как хороший отдых помогает помнить последовательность событий

Ученые пролили новый свет на загадочную силу сна, изменяющую память
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Human Behaviour, предполагает, что сон не только защищает воспоминания от исчезновения, но и трансформирует их. Исследователи выяснили, что сон избирательно укрепляет память о последовательности реальных событий, позволяя при этом множеству перцептивных деталей затеряться. Эта трансформация оказалась долговечной: даже через 15 месяцев после единственного события люди лучше помнили порядок происходившего, если сразу после опыта поспали.

Исследование затрагивает давний вопрос в области исследований памяти: защищает ли сон воспоминания просто от вмешательств, или же активно улучшает и изменяет их? Ранее проводились исследования, показывающие, что сон после обучения улучшает память, но многие из этих исследований использовали искусственные задачи, такие как запоминание списков слов или изображений на экране. Исследователи, работающие в лаборатории Брайана Левина при Исследовательском институте Ротмана в Baycrest, выбрали другой подход, изучая память о реальном опыте и отслеживая, как она меняется со временем — днями, неделями и даже более чем через год.

«Для меня всегда был интересен вопрос, как мы помним сложные личные события (эпизодическую память)», — сказала соавтор исследования Стефани Симпсон, теперь работающая постдокторантом в Центре по проблемам зависимости и психического здоровья. «Когда я пришла в лабораторию в качестве аспиранта, я начала читать о том, как такие факторы, как сон, могут влиять на то, как люди извлекают информацию, но, насколько мне известно, большинство из этих исследований проверяли, как люди помнят слова или изображения на экране компьютера. Более того, большинство из этих исследований не изучали, сохраняется ли эффект сна на память надолго.»

«Меня интересовало, как существующие исследования, о которых я читала, проведенные в традиционных, строго контролируемых экспериментальных условиях, будут проявляться в «более шумном», реальном мире. Я задала себе такие вопросы: как мы можем соединить исследование фундаментальных научных концепций с более естественными условиями?»

«Как и Стеф, я всегда увлекался эпизодической памятью — нашей способностью мысленно путешествовать от настоящего к конкретным событиям нашего прошлого, воссоздавая в памяти некоторые из восприятия, эмоций или контекстуальных элементов того прошлого события. Все, начиная от ощущения, как я вчера ел посредственный бутерброд, и заканчивая вечеринкой по случаю моего 10-летия», — добавил соавтор Николас Даймонд, в настоящее время работающий на правительство Канады.

«Одна из причин, по которой я интересуюсь этим, заключается в том, что эта способность непропорционально затрагивается некоторыми нейропатологическими заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера. Но эпизодическая память просто впечатляюща и магична сама по себе, и на мой взгляд, она до сих пор довольно плохо понимается на психологическом и нейрофизиологическом уровнях, даже спустя 150 лет эмпирических исследований.»

«Некоторые большие базовые вопросы остаются без ответа: как отдельные события — даже не исключительные — задерживаются в нашей голове на сроки более нескольких минут? Когда мы вспоминаем такие события через день, месяц или год, просто делаем ли мы вывод о том, что произошло, основываясь на наших общих знаниях, или мы действительно можем заново пережить какое-то количество этого оригинального события? И, наконец — мы знаем, что сон помогает воспоминаниям укореняться в нашем мозге, но как именно он трансформирует наши воспоминания?»

«Говорить, что память „лучше“ или „хуже“, не совсем удовлетворительно — мне хотелось узнать, как сон делает данное воспоминание другим и почему эта разница приводит к тому, что память становится более стойкой в долгосрочной перспективе?» — продолжил Даймонд. «Я думаю, что наши ответы на эти вопросы ограничены традициями и удобствами лабораторных исследований памяти — искусственными стимулами, задержками в несколько секунд или минут и тестами, которые предполагают, что что-то просто запомнено или нет. Мы хотели узнать, как память о богатых реальных опытах — и различных аспектах этих опытов — меняется за недели, месяцы и годы.»

Исследователи создали 20-минутный аудиогид по центру здравоохранения в Торонто, где участники слушали описания 33 произведений искусства в фиксированной последовательности, проходя по территории. Тур был разработан с целью подражать тому, как люди естественным образом воспринимают и запоминают события в повседневной жизни. После завершения тура участников тестировали по двум аспектам памяти: деталям каждого произведения искусства (таким как его цвет или форма) и последовательности их восприятия. Теми же участниками снова тестировались после сна, через неделю, через месяц, а в некоторых случаях и через 15 месяцев.

Хотя общая точность памяти со временем снижалась, участники неизменно лучше запоминали порядок событий, чем конкретные детали, если они получали полноценный ночной сон. Напротив, те, кто оставались бодрствующими в тот же период постобучения, не показали такого преимущества. Фактически, только группа спящих продемонстрировала реальное улучшение в последовательной памяти до и после сна, что является редким результатом, противоречащим типичной тенденции постепенного угасания памяти.

«Сон может изменять то, как мы помним сложные, личные прошлые опыты», — сказала Симпсон. «По сравнению с периодом бодрствования сон улучшает память о порядке событий тура по искусству, но не о деталях самого события.»

Чтобы изучить, как именно сон может это делать, исследователи измеряли активность мозга во время сна в подгруппе участников с помощью полисомнографии, техники, которая регистрирует электрическую активность в мозге. Они обнаружили, что люди, которые пережили больше медленного сна — стадии глубокого сна, связанной с консолидированием памяти, — показали более сильное улучшение памяти.

Что еще более примечательно, степень улучшения в последовательной памяти была связана с феноменом сна, известным как спиндл-слабая волна синхронизация. Это происходит, когда два ритма мозга — сонные веретена и медленные колебания — синхронизируются во время глубокого сна, создавая условия, которые поддерживают перезагрузку и реорганизацию памяти.

«Чтобы помочь понять, почему и как сон трансформирует память, после завершения нашего экспериментального тура по искусству, мы записали активность мозга у людей во время сна, используя электроэнцефалографию (ЭЭГ)», — объяснил Даймонд. «Наши результаты показали, что одна конкретная часть цикла сна — медленный сон — была связана с улучшением памяти, связанным со сном. А более конкретно, синхронизированные проявления двух определенных ритмов мозга, происходящих во время медленного сна — спинделы и медленные волны — были значительно связаны с улучшением памяти за ночь.»

Интересно, что выгода от сна, касающаяся памяти, была специфична для последовательной информации. Память участников о детальных характеристиках, таких как материал, из которого было сделано произведение искусства, как правило, исчезала со временем, независимо от того, спали они или нет. Эта избирательная сохранность поддерживает идею о том, что сон, возможно, придает предпочтение определённым аспектам памяти над другими, возможно, потому что запоминание порядка событий более полезно для планирования и понимания того, как события развиваются со временем.

«Это одно из первых доказательств того, что сон может действительно улучшить эпизодическую память — а не просто уменьшить забывание», — сказал Даймонд. «Иными словами: люди действительно запоминают данное событие более точно после 12 или 24 часов задержки (но только если спали), чем сразу после события. Это можно рассматривать как „анти-забвение“ — память улучшается со временем. Проблема в том, что это касается только одного конкретного элемента эпизодической памяти — последовательной памяти или памяти о порядке, в котором события разворачиваются.»

Долгосрочный характер находок особенно устраивает. Память о последовательностях оставалась значительно лучше, чем о деталях даже через 15 месяцев, если участники спали вскоре после события. Это свидетельствует о том, что одна ночь сна может иметь долговременные эффекты на то, как память хранится и восстанавливается.

«Превосходство памяти для последовательностей, связанное со сном, долговечно — оно сохранялось более 1 года», — сказала Симпсон.

Идея о том, что мозг изменяет воспоминания во время сна, не нова. В исследованиях на животных ученые наблюдали, как гиппокамп — область мозга, критически важная для памяти — повторяет схемы активности, связанные с недавними событиями, иногда с ускоренной скоростью, во время сна. Эти повторения, как считается, укрепляют связи между нейронами и переносят воспоминания в более постоянные хранилища в коре. Текущее исследование предоставляет доказательства того, что аналогичный процесс происходит у людей, и что он может специфически помочь нам запомнить порядок, в котором происходят события.

«Почему сон в частности способствует памяти о последовательности наших событий? Мы думаем, что это может быть связано с явлением мозга, называемым „нейронным повторением“, которое активно изучается у грызунов, и только недавно — у людей», — сказал Даймонд. «Идея заключается в том, что, пока мы спим, схемы нейронного стрельбы, которые происходили во время нашей бодрствующей жизни, многократно „повторяются“ в суперумеренной форме, как фильм на ускоренной перемотке.»

«Это может укрепить нейронные связи между воспоминания о последовательностях событий, связывая временные разрывы. Мы, на самом деле, не измеряли нейронное повторение — для этого нужно вводить провода в мозги людей, чтобы сделать это с высокой четкостью — но мы знаем, что повторение происходит во время медленного сна и особенно во время синхронизации спиндлов и медленных волн, поэтому мы ожидали, что это будет ключевой нейронный маркер трансформации памяти, который мы, действительно, обнаружили.»

Чтобы убедиться, что результаты не явились просто случайностью или следствием дизайна теста, исследователи повторили свои результаты в нескольких группах. Одна группа спала после тура, другая оставалась бодрствующей в течение 12 часов перед вторым тестом, а третий наблюдал за активностью их мозга во время сна. Во всех группах проявился тот же паттерн: сон помогал участникам лучше запомнить последовательность событий, чем те, кто оставался бодрствующим, и этот эффект был самым сильным среди тех, кто проводил больше времени в глубоком сне и демонстрировал больше синхронизации спиндла-медленной волны.

Дизайн исследования также контролировал несколько возможных внешних факторов. Например, тесты на память были сопоставлены по сложности, а тестовые элементы были случайно распределены и сбалансированы, чтобы избежать эффекта обучения. Участники были исключены, если у них были расстройства сна, неврологические заболевания или предыдущие посещения места тура. Эти меры усилили валидность результатов.

Тем не менее, у исследования есть ограничения. Хотя авторы обнаружили явные связи между физиологией сна и производительностью памяти, исследование не может окончательно установить причинно-следственные связи. Также возможно, что индивидуальные различия в способности обучения или мотивации повлияли на то, насколько велика была польза от сна.

«Общая проблема, которая касается не только этого исследования, но и всей области, заключается в том, что мы полагаемся на удобную выборку в основном из молодых студентов-высокообразованных», — отметила Симпсон. «Эти выборки обычно переобладают среди людей, которые являются белыми, западными и высокообразованными. Было бы здорово протестировать это на более разнообразной выборке взрослых из различных этнических и социоэкономических слоев.»

«В данном исследовании мы проверили, как одна ночь сна (в условиях сна в лаборатории) повлияла на последующую память. В идеальном мире без финансовых ограничений мы бы исследовали, как участники спали в течение нескольких ночей, чтобы получить еще более надежную оценку активности их спящего мозга. В качестве альтернативы, исследователи могли бы использовать более портативные устройства (например, актиграфические часы), которые можно носить дома в течение нескольких ночей. Однако это может снизить ваш сигнал в соотношении со шумом.»

Будущие исследования могут изучить, как эти эффект сна на память меняются на протяжении жизни, особенно учитывая, что и память, и режимы сна изменяются с возрастом. Пожилые люди часто испытывают меньше медленного сна и более фрагментированный сон в целом, что может способствовать трудностям с памятью о порядке событий.

«С возрастом как эпизодическая память, так и привычки сна значительно изменяются», — пояснила Симпсон. «Мы знаем, что существует сильная связь между сном и когнитивным старением. Например, люди с хроническими нарушениями сна имеют больший риск развития болезни Альцгеймера. Я думаю, интересной областью будущих исследований было бы изучение механизмов сна как биомаркера для нейродегенеративных заболеваний, сопровождающихся значительными нарушениями памяти, и выяснить, может ли использование сна вместе с мерами памяти помочь в более ранней диагностике лиц с риском заболевания Альцгеймера.»

«Память о последовательности или временном порядке наших событий, похоже, является ключевым организующим принципом нашей реальной памяти, оставаясь в наших головах даже на протяжении многих лет после единственного переживания», — заключил Даймонд. «И сон — особенно медленный сон — является ключевым элементом для улучшения памяти последовательности. Так что не забывайте хорошо высыпаться!

Исследование «Сон избирательно и долговечно усиливает память о последовательности реальных событий» было написано Н. Б. Даймондом, С. Симпсон, Д. Баэна, Б. Мюррей, С. Фогель и Б. Левин.