Как мы учимся. Почему мозг учится лучше, чем любая машина… пока - Станислас Деан

Но вернемся к экспериментам Уилсона и Макнотона. Они обнаружили, что, когда крыса засыпает, клетки места в ее гиппокампе снова возбуждаются в том же самом порядке. Нейроны буквально воспроизводят траекторию, по которой двигалось животное во время бодрствования. Разница лишь в скорости: во время сна клетки могут срабатывать в двадцать раз быстрее. Когда крыса спит, ей снятся настоящие гонки!

Связь между возбуждением нейронов гиппокампа и местоположением животного настолько прочна, что нейробиологи могут расшифровать содержание сна по паттернам нейронной активности321. Во время бодрствования, когда животное бродит по реальному миру, соответствующая аппаратура систематически фиксирует его местоположение и мозговую активность. Эти данные позволяют обучить специальный декодер – компьютерную программу, которая меняет эту зависимость на противоположную и угадывает положение животного по паттерну возбуждения нейронов. Если ввести в декодер данные, полученные во время сна, мы увидим, что, пока животное дремлет, его мозг вычерчивает виртуальные траектории в пространстве.

Таким образом, мозг крысы на высокой скорости воспроизводит те паттерны активности, которые он пережил накануне. Каждая ночь оживляет в памяти минувший день. Что примечательно, реактивация нейронов не ограничивается гиппокампом, а распространяется на кору, где играет решающую роль в синаптической пластичности и консолидации памяти. Благодаря ночной реактивации любое событие нашей жизни, зафиксированное в эпизодической памяти всего один раз, может быть воспроизведено сотни раз в течение ночи (см. цветную иллюстрацию 19). Не исключено, что в подобном переносе воспоминаний и состоит основная функция сна322. Возможно, гиппокамп специализируется на хранении событий прошедшего дня, используя правило быстрого научения с одной попытки. Ночная реактивация нейронных сигналов распространяет их на другие нейронные сети, главным образом расположенные в коре и способные извлекать максимум информации из каждого эпизода. Возьмем крысу, которая учится выполнять новую задачу: чем выше активность коркового нейрона ночью, тем больше его участие в выполнении задачи на следующий день323. Вывод: реактивация клеток гиппокампа ведет к корковой автоматизации.

Наблюдается ли такое же явление у людей? Да. Нейровизуализационные исследования показывают, что во время сна нейронные сети, которые мы использовали в течение дня, реактивируются324. После нескольких часов игры в Tetris спящие геймеры буквально галлюцинировали каскад геометрических фигур, а их глаза совершали соответствующие движения сверху вниз. В недавнем исследовании испытуемых укладывали спать в аппарат МРТ, но будили всякий раз, как только их электроэнцефалограмма показывала, что они видят сон. Непосредственно перед пробуждением аппаратура фиксировала самопроизвольную активацию многих участков их мозга. Записанная активность прогнозировала содержание сновидений. Если испытуемый сообщал, например, что видел во сне людей, ученые обнаруживали активность в области, связанной с распознаванием лиц. Другие эксперименты показали, что интенсивность этой реактивации – мощный предиктор не только содержания сновидения, но и степени консолидации памяти после пробуждения. Некоторые нейрохирурги зарегистрировали активность отдельных нейронов и обнаружили, что, как и у крыс, паттерны импульсов у человека копируют последовательность событий, пережитых в предыдущий день.

Сон и научение тесно связаны. Многочисленные эксперименты показывают, что спонтанные вариации в глубине сна коррелируют с вариациями в производительности на следующий день. Например, если днем мы учились пользоваться джойстиком, то ночью частота и интенсивность медленных волн увеличится в теменных областях мозга, задействованных в таком сенсомоторном научении. Чем эти волны интенсивнее, тем лучше результат на следующий день325. Аналогичным образом после моторного научения наблюдается всплеск активности в моторной коре, гиппокампе и мозжечке, сопровождающийся снижением активности в некоторых лобных, теменных и височных отделах326. Все подобные эксперименты дают одинаковые результаты: после сна активность мозга меняется; часть знаний, полученных в течение дня, закрепляется и передается в ведение более автоматических и специализированных нейронных сетей.

Хотя автоматизация и сон тесно связаны, каждый ученый знает, что корреляция – это не причинность. Является ли эта связь причинной? Чтобы это проверить, мы можем искусственно увеличить глубину сна, создав резонансный эффект. Во время сна в мозге спонтанно возникают медленные волны с частотой порядка сорока-пятидесяти колебаний в минуту. Дав мозгу дополнительный толчок на нужной частоте, мы можем заставить эти ритмы резонировать и тем самым увеличить их интенсивность – примерно так мы раскачиваем качели, пока их колебания не приобретут желаемую амплитуду. Немецкий исследователь Ян Борн проделывал это двумя способами: либо пропускал через череп крошечные токи, либо просто воспроизводил звук, синхронизированный с мозговыми волнами спящего. И под воздействием токов, и под воздействием звуковых волн мозг спящего человека генерировал значительно более медленные волны, характерные для глубокого сна. В обоих случаях резонанс приводил к более прочной консолидации памяти, сформированной в процессе научения327.

Этим эффектом недавно воспользовался один французский стартап: он продает повязки на голову, которые якобы облегчают засыпание и увеличивают глубину сна, проигрывая тихие звуки, стимулирующие медленные ритмы. Другие исследователи пытаются повысить эффективность научения, заставляя спящий мозг реактивировать определенные воспоминания. Представьте, что вы сидите на уроке в классе, в котором сильно пахнет розами. Как только вы погружаетесь в глубокий сон, мы опрыскиваем вашу спальню тем же ароматом. Эксперименты показывают: на следующее утро вы гораздо лучше будете помнить информацию, усвоенную накануне, если в вашей спальне будет пахнуть розами, а не чем-то другим328. Аромат роз служит бессознательным сигналом, побуждающим ваш мозг реактивировать данный конкретный эпизод, тем самым содействуя его консолидации в памяти.

Аналогичного эффекта можно добиться и со слуховыми сигналами. Представьте, что вас просят запомнить локации пятидесяти объектов, каждый из которых ассоциируется с определенным звуком (кошка мяукает, корова мычит и т.д.). Пятьдесят штук – это много… но у нас есть ночь! В ходе одного из экспериментов исследователи стимулировали мозг спящих испытуемых половиной этих звуков. Неосознанное прослушивание звуков во время глубокого сна способствовало нейронной реактивации, а потому на следующее утро испытуемые могли припомнить расположение соответствующих объектов гораздо лучше329.

Получается, в будущем «махинации» со сном помогут нам учиться быстрее и эффективнее? Многие студенты пользуются этим трюком уже сегодня: просматривая важный материал непосредственно перед тем, как заснуть, они неосознанно пытаются стимулировать ночную реактивацию. Но давайте не будем путать такие полезные стратегии с идеей, будто во время сна можно овладеть совершенно новыми навыками. Это миф. Некоторые шарлатаны продают аудиозаписи, которые якобы научат вас иностранному языку, пока вы спите. Но с исследованиями не поспоришь: такие «курсы» не дают ровным счетом никакого эффекта330. За некоторыми исключениями данные говорят о том, что спящий мозг не усваивает новую информацию: он может воспроизводить только то, что уже пережил. Чтобы овладеть таким сложным навыком, как иностранный язык, необходимы две вещи: активная практика днем и сон ночью для реактивации и консолидации усвоенного. Это единственное, что работает.