Мозг во сне - Андреа Рок

Тренировка навыков выживания, сопровождавшая возникновение стадии быстрого сна, даровала преимущество, которое позволило фазе REM стать частью существования человека. Но благодаря сложности человеческого мозга эти ночные тренировки вышли на совершенно новый, усложненный уровень, который соответствует возможностям наших нейронных цепей. И новые исследования показывают, что сновидения и ментальная активность во время других стадий сна находятся в сложном взаимодействии, играя жизненно важную роль в нашей способности учиться новым навыкам и сохранять воспоминания, которые дают нам уникальное ощущение себя как личности.

Глава 5

Бег в лабиринте

Сон — это сама память, изменяющаяся прямо на глазах.

Берт Стейтс18

У себя в Массачусетском технологическом институте Мэтью Уилсон целыми днями наблюдает за тем, как спят крысы: «Меня спрашивают, что интересного в крысиных снах, а я отвечаю, что меня интересуют не крысы сами по себе, а то, как в снах выражается память и как это соотносится с нашим субъективным опытом». Студентом он изучал искусственный интеллект, но когда понял, что невозможно построить по-настоящему­ интеллектуального робота без понимания того, как функционирует мозг, то переключился с инженерной науки на нейробиологию. «Нам надо было разобраться, каким образом то, чем мы занимались днем, влияет на наши сны, как это в них проникает и что это дает нам — кроме возможности сделать очередную запись в “сонном дневнике”. Теперь мы понимаем, что такое влияние существует, что ночная активность мозга — это основополагающая часть обучения и формирования долговременной памяти», — говорит он.

Усмехаясь, Уилсон показывает на горы бумаг, которые громоздятся на всех возможных поверхностях в его кабинете: «Навести здесь порядок — задача невероятной сложности, перед мозгом стоит приблизительно такая же задача. В течение дня я могу урывками сортировать всю эту информацию, отбирать то, что стоит сохранить, раскладывать записи по файлам так, чтобы до них было удобно добраться, но все-таки куда эффективнее было бы заниматься этим после работы, когда меня никто не отвлекает». Он считает, что, когда разум засыпает, у мозга появляется замечательная возможность отфильтровать дневной опыт, оценить его относительную значимость, а затем отправить нужное в огромное хранилище предыдущего опыта — в долговременную память. Потому что в это время у нас нет необходимости вступать в отношения с внешним миром.

Убежденность Уилсона основана на эксперименте, в ходе которого ему привалила редчайшая удача воскликнуть «Эврика!» — такое восклицание можно считать высшей точкой карьеры любого ученого. Задавшись вопросом о том, как работает память, Уилсон решил, что куда удобнее проводить эксперименты на крысах, чем на людях, потому что крыс легче контролировать во время тех испытаний, которым он собирался их подвергать. К тому же он мог точнее анализировать как дневные, так и ночные реакции, поместив микроэлектроды в выбранные им клетки мозга.

Уилсон и его сотрудники натренировали крыс бегать по лабиринту в поисках аппетитно пахнувших шоколадом кусочков пищи. С помощью имплантированных в мозг животных сенсорных датчиков они постоянно регистрировали паттерн импульсов скоплений нейронов, отвечающих за ориентацию животных в пространстве. Нейроны, которые интересовали ученых, находились в гиппокампе — том участке мозга, который изначально задействован в консолидации памяти как у крыс, так и у людей.

Но они также фиксировали, что происходило в этих клетках, когда крысы спали, — и таким образом открыли то, что оказалось потряса­ющим ментальным воспроизведением полученного опыта. Когда спящие крысы входили в фазу REM и, как принято считать, видели сны, импульсы возникали в тех же скоплениях нейронов, что и при дневной беготне по лабиринту, — такая картина наблюдалась почти в половине из 45 зарегистрированных ими REM-фаз. А это, в свою очередь, подтверждало мысль Джонатана Уинсона о том, что биологическое назначение сновидений состоит в тренировке навыков выживания. Повторы импульсов были настолько точными, что Уилсон мог даже показать, какому именно месту в лабиринте соответствовал тот или иной импульс — где находилась крыса во время дневного своего путешествия и двигалась ли она в этот момент или стояла на месте. При этом путешествие крысы по лабиринту во сне занимало столько же времени, сколько занимало и путешествие наяву. «Это было потрясающее переживание — наблюдать, как животные в течение двух минут снова бегали по лабиринту. Но то был “бег в уме”, во время сна. Вряд ли когда-либо на мою долю выпадет переживание столь же волнующее! То, что я наблюдал, было не рассказом о памяти или моими догадками по поводу памяти: это была память в действии, зримая работа памяти. Чудо науки не в том, что она подтверждает гипотезу, — чудо происходит, когда получаешь данные, на которые и не рассчитывал», — говорит Уилсон.

Результаты этого исследования, опубликованного в 2001 году, стали ключевым компонентом постоянно растущего массива научных данных, указывающих на то, что активность мозга во время фазы быстрого сна необходима для консолидации памяти19. Современные исследования, однако, указывают на то, что это происходит не только в стадии REM, но и в других стадиях сна. Засыпание, медленный сон, фаза быстрого сна — все они играют различные роли в образовании специфических типов воспоминаний, они также могут взаимодействовать в сложной хореографии, необходимой для кодирования информации ради длительного ее хранения. Время, которое мы проводим во сне, — это время, необходимое для включения в ткань памяти новых воспоминаний, и не только потому, что мозг свободен от насущных задач, например решения того, как увернуться от мчащегося на тебя грузовика, но потому что в это время изменяется уровень химических веществ, циркулирующих в мозгу, и происходят физиологические изменения, создающие идеальные условия для реорганизации и укрепления памяти.

Чтобы понять, как влияет на поведение человека та информация, которая обрабатывается мозгом во время сна, нам следует внимательнее присмотреться к тому, как вообще работает память. Прежде всего отбросьте всяческие представления о том, что воспоминания — это нечто вроде ментальных видеозаписей всего, что вам пришлось пережить, хранящихся в центральной файловой системе мозга. Любой наш новый опыт — изучение новой компьютерной программы, велосипедная прогулка в лесу, разговор за обедом с друзьями — сначала хранится в гиппокампе, похожей на подкову структуре в центре мозга, которая повернута наружу и связана с миндалевидным телом, которое, в свою очередь, отвечает как за нашу первичную эмоциональную реакцию, так и за то, какими эмоциями окрашены наши воспоминания. Гиппокамп принимает от органов чувств и от этих эмоциональных цепей всю информацию, касающуюся нашего опыта, и служит своего рода центром обмена информацией, необходимой для построения памяти.

Чтобы опыт закрепился в памяти, информация из гиппокампа должна быть обработана высокоуровневой процессинговой системой неокортекса, где ее сравнивают с ранее закодированным опытом и оценивают. В процесс консолидации также входит отбрасывание того, что мозг считает несущественным. Нобелевский лауреат Фрэнсис Крик и его коллега Грэм Митчисон выступили с теорией о том, что на самом деле мы «видим сны, чтобы забывать». После получения в 1962 году Нобелевской премии за открытие структуры ДНК20 Крик заинтересовался природой сознания. В сферу его интересов, естественно, попал и процесс сновидения, и в 1983 году он предположил, что во время сна память действительно консолидируется и реорганизуется. Согласно выдвинутой Криком и Митчисоном теории «обратного обучения», этот процесс реорганизации памяти включается с помощью хаотичной стимуляции переднего мозга стволом головного мозга. Лишняя информация и не имеющие большого значения мысленные ассоциации, которые подцепили нейронные сети, уходя прочь, появляются в сновидениях, и этим объясняется их причудливый, странный характер. «Ради оптимизации хранения и извлечения воспоминаний мозг должен проделать работу, которая в компьютерном мире называется сборкой мусора, очисткой жесткого диска. Избавление от несущественных фактов и неверных ассоциаций помогает консолидировать те факты, которые важны для будущего поведения. Вот почему эта теория обратного обучения представляется одним из вариантов объяснения того, что фаза быстрого сна необходима для консолидации памяти», — объясняет Кристоф Кох, сотрудник Крика.

Рабочая память состоит из информации, которая присутствует в сознании в данный момент, — это либо только что обретенные знания, либо то, что мы на какой-то срок извлекли из долговременной памяти. Однако наша способность сознательно удерживать информацию в этом недолговечном буфере обмена удивительно ограничена. Если кто-то назовет вам произвольную серию чисел и тут же попросит вас их повторить, вы вряд ли способны удержать их все в памяти и, словно попугай, сможете повторить не более семи цифр за раз — столько, сколько обычно содержится в телефонном номере.