Как электрический ток улучшает память

 

Люди, решившиеся провести ночь в лаборатории сна Института ней­роэндокринологии Любекского университета, должны быть из тех, кто не боится электрического тока. На ночь им надевают колпак с бесчис­ленными электродами. Некоторые из этих металлических пластинок замеряют колебания токов мозга. Но есть и такие, что передают, а не принимают электрическое напряжение. Они порождают слабые, колеб­лющиеся с частотой одного раза в секунду электрические потенциалы примерно той же мощности, что у самих нейронов и нейронных сетей. Эти токи проникают сквозь кости черепа и модифицируют активность нервных клеток.

Такое воздействие совсем не вредно. Наоборот: «После ночи участ­ники эксперимента чувствуют себя особенно хорошо выспавшимися, и память их улучшается», — говорит директор института нейробиолог Ян Борн. Наутро после сна под проводами ученые проверяют работоспо­собность мозга с помощью специальных тестов на скорость реакции и память. Испытуемые показывают лучшие результаты, чем контрольная группа, проведшая ночь без электродов. Очевидно, электрический ток имеет особый обучающий эффект. Особенно это касается сознатель­ной, так называемой декларативной памяти, где сохраняются, напри­мер, заученные формулы или иностранные слова, поясняет Борн. Но и бессознательная, процедурная память, где мы храним автоматизиро­ванные действия, например, двигательные навыки, улучшается под воз­действием электричества.

Что же произошло во сне с участниками эксперимента? Почему они так хорошо справляются с поставленными задачами? «По крайней мере для декларативной памяти, образование которой происходит в стадии глубокого сна, у нас есть предположения о том, что происходит», — го­ворит Борн. Искусственный электрический сигнал каким-то образом помог мозгу в его работе, вероятно, навязав нервным клеткам больших полушарий свой ритм. Воздействие внешних электрических колебаний заставляет нейроны синхронизироваться сильнее обычного, так что их потенциалы колеблются в общем ритме. А поскольку искусственно заданный ритм примерно соответствует тому, который мозг сам по себе порождает в стадии глубокого сна, в результате возникает своего рода суперглубокий сон.

«Мы заставляем мозг какое-то время следовать заданному нами ритму, а потом на 1 минуту отключаем ток. В этот перерыв мы наблю­даем, как реагируют нервные клетки, — поясняет Борн. — И видим, что электрическая активность нейронов интенсивнее обычного порождает типичный для глубокого сна рисунок дельта-волн».

Проверка памяти на следующий день, а также субъективные ощу­щения участников эксперимента, утверждающих, что особенно хорошо выспались, подтверждают, что усиленный глубокий сон значительно помог мозгу в его ночной работе. Естественно, Борн уже задумывается о том, как можно было бы использовать электрическую стимуляцию в медицинских целях. Теоретически она позволяет улучшить как качество сна, так и интеллектуальную работоспособность. Но прежде чем перей­ти к практическому применению, нужно провести еще множество экс­периментов и всесторонне проверить результат, так что радоваться еще рано, осторожно замечает ученый.

Пока для Борна на первом плане решение другой проблемы: он хо­чет выяснить, что же происходит в мозге во время сна. Эксперименты с электрическим колпаком должны прояснить функции глубокого сна. Они призваны подтвердить то, что множество сомнологов во всем мире вот уже 10 лет наблюдает в своих опытах: судя по всему, одна из важ­нейших задач сна — помогать мозгу в обучении.

 

Загадка памяти  

 

На нижнем крае коры больших полушарий, там, где она прогибается вовнутрь над промежуточным мозгом, в голове имеется отросток ха­рактерной формы, напоминающий морского конька. Поэтому его назы­вают латинским именем этой забавной рыбки: гиппокамп.

Эта область мозга необычна не только по форме. Именно здесь ученые отыскали центр управления декларативной памятью. Мно­жество информации, которую мы осознано воспринимаем в течение дня, — в отличие от бессознательного, автоматического, так называ­емого «процедурного» восприятия — откладывается в гиппокампе, но лишь на короткое время: это, к примеру, воспоминание о том, ка­кое именно варенье мы мазали на хлеб за завтраком, соображение, что нужно купить новый тюбик зубной пасты, имя нового коллеги по работе, роман, который мы читали перед сном, и тысячи других более или менее важных вещей.

Именно во сне, когда связь с внешним миром оборвана и бодрству­ющее сознание отключено, морской конек начинает активную работу. Сейчас, когда ему ничего не надо воспринимать, он сам «передает» сигналы и тем самым вызывает повторение событий, зачастую пере­житых наяву лишь один раз. Таким образом, от него зависит, какие сведения постепенно закрепятся в долговременной памяти. «Во сне дневная информация реактивируется и посылается в виде импульсной проекции множества нервов в те части коры больших полушарий, где эти впечатления исходно обрабатывались. Там новое знание связыва­ется с долговременной памятью», — поясняет Борн.

Этот процесс называется консолидацией памяти. Из бесконечного потока информации, воспринятой в состоянии бодрствования, под­держиваются, долгосрочно сохраняются и связываются с прошлым опытом лишь те данные, которые представляются действительно важными. Гиппокамп, по словам Борна, служит своего рода буфер­ным запоминающим устройством: «Здесь информация, опыт, впечат­ления сохраняются предварительно на несколько суток, прежде чем перейти — вероятно, при подключении процессов отбора и просеи­вания несущественной информации — в долговременную память».

Чем важнее событие, тем интенсивнее и чаще будет воспроизводить его гиппокамп в ближайшее время и тем прочнее оно запечатлеется в долгосрочной памяти. Спустя какое-то время данные стираются из про­межуточного хранилища. То что до тех пор не попало в долговремен­ную память, забывается.

В самой коре больших полушарий нет специальных клеток памяти. Воспоминания хранятся в бесчисленных возможных моделях возбуж­дения, которые мозг держит наготове в обрабатывающих информацию ареалах. Каждое воспоминание связано с такой моделью. Например, если мы ощущаем аромат и одновременно видим цветок, от которо­го он исходит, во всех ареалах мозга, обрабатывающих обонятельные и зрительные впечатления, активные в этот момент клетки порождают уникальную модель пульсации. Когда мы в будущем вспомним эту си­туацию, возбудятся те же клетки, возникнет та же модель — и получит­ся, будто мы снова ощущаем аромат и видим цветок.

Для того чтобы это произошло, контакты нейронной сети, задейс­твованной при первом впечатлении, должны быть усилены в процессе консолидации памяти. Между нейронами-участниками возникают но­вые, углубленные, особенно прочные и легко возбуждаемые контакты,

 

благодаря которым типичная модель, связанная с данным воспомина­нием, вспыхивает в мозге всякий раз, как активируется хотя бы часть данной сети. Таким образом гиппокамп путем повторения временно со­храненной информации оставляет прочные следы в бесконечно слож­ной сети из многих миллионов нейронов. На следующий день, а также много лет спустя, достаточно крошечной отдаленной ассоциации — и воспоминание возвращается.

 

Виртуальное птичье пение  

 

Что память образуется именно так — только предположение. Реальные процессы, вероятно, намного сложнее, чем эта упрощенная модель. Ис­следователь Ханс-Йоахим Маркович из Билефельдского университета пишет, что консолидация затрагивает не только гиппокамп и кору боль­ших полушарий, но и другие структуры мозга и «вероятно, представляет собой многоступенчатый процесс». Тем не менее вышеописанная мо­дель, судя по всему, не слишком далека от истины. И как раз то обстоя­тельство, что образование памяти на значительную часть происходит во сне, сейчас достаточно хорошо доказано.

Что люди легче вспоминают заученное после того, как поспят, из­вестно давно. В 1924 г. американские психологи Джон Дженкинс и Карл Далленбах экспериментально доказали, что подопытные лучше воспро­изводили бессмысленную последовательность слогов, если между за­учиванием и проверкой им давали поспать. Этот результат за минувшее столетие был многократно подтвержден. Тот факт, что детям требуется намного больше сна, чем взрослым, тоже достаточно ясно указывает на то, что мозг нуждается в сне для обучения. Ведь если есть что-то, что дети делают значительно чаще, чем взрослые, то это обработка новых впечатлений и приобретение двигательных навыков.

Реальную картину механизма памяти в спящем мозге нейробиологи смогли представить себе лишь в 1994 г. Тогда американцам Мэтью Уил­сону и Брюсу Мак-Нотону из Аризонского университета удался потря­сающий эксперимент: они вживили в мозг трем крысам одновременно 12 электродов. Каждый электрод имел несколько принимающих кана­лов и мог регистрировать сразу целую группу сигналов. Таким обра­зом ученым удалось путем сложной обработки данных одновременно прослушивать сотни единичных нейронов. Электроды были направлены точно на так называемые «нейроны места» в гиппокампе. Эти клетки возбуждались всякий раз, когда крысы запоминали определенные признаки окружающего пространства. Затем исследователи выпустили грызунов в лабиринт и стали регистрировать силу и продолжительность возбуждения нейронов места.

Самое интересное началось, когда животные первый раз после экс­перимента заснули и вошли в стадию глубокого сна: «Группы нейронов, одновременно активизировавшиеся во время обследования лабирин­та, во время сна также возбуждались синхронно», — вспоминает МакНотон. Во время последнего сна перед началом эксперимента рисунок возбуждения в гиппокампе подопытных крыс был совершенно другим.

Мэтью Уилсон, сотрудник Массачусетского института технологии (Кембридж, США) резюмирует полученные результаты так: «Во сне крысы снова проходили лабиринт. Не хватало только мышечного дви­жения». Правда, все происходило намного быстрее, чем в реальности, «как будто магнитофон включили на перемотку», — говорит Мак-Нотон. И неудивительно: «если бы животные стали повторять впечатления в режиме реального времени, у них не осталось бы времени на бодрс­твование».

Что эти результаты верны и для других видов животных и систем памяти, подтвердилось в 2000 г., когда биолог Дэниэл Марголиаш из Чикагского университета опубликовал отчет об экспериментах с зебро­выми амадинами. Эти певчие птички семейства вьюрковых ткачиков в молодости целый день упражняются в пении и при этом бессознательно заучивают правильную, так называемую сенсомоторную, связь между движениями тела, например, положением клюва, и производимыми звуками.

 

 

 

 

Модель корреляции в мозгу крысы: В сети из 42 нейронов гиппокампа в мозгу крыс (точки) во время глубокого сна после эксперимента с лабирин­том особенно часто одновременно активизируются те же клетки, что и во время самого эксперимента (жирные линии). Во время глубокого сна до эк­сперимента картина была иной.

 

Модель корреляции в мозгу крысы: В сети из 42 нейронов гиппокампа в мозгу крыс (точки) во время глубокого сна после эксперимента с лабирин­том особенно часто одновременно активизируются те же клетки, что и во время самого эксперимента (жирные линии). Во время глубокого сна до эк­сперимента картина была иной.

 

Тетрис для науки  

 

По сей день никому не удалось доказать, что наша сознательная, экс­плицитная память действительно нуждается в сне. Это объясняется просто, говорит Ян Борн: «Декларативное обучение требует времени!». Информация с регулярными промежутками извлекается из гиппокампа на протяжении нескольких дней, а то и недель — эксперимент по ли­шению сна такой продолжительности просто невозможен. Кроме того, бодрствующий мозг, вероятно, тоже вносит свою долю в закрепление новых слов, формул или событий. «И все же проведенные исследования ясно показывают, что как минимум значительная часть долговременной декларативной памяти возникает во сне», — говорит Борн. Это и понят­но, поскольку во время сна мозгу не приходится сосредотачиваться на многих других вещах, как во время бодрствования.

Гораздо яснее для ученых система процедурной памяти, сохраня­ющей автоматически заученные процессы. Здесь нет необходимости в буферном хранилище вроде гиппокампа, поскольку все, чему мы обу­чаемся в основном автоматически — двигательные навыки и связанные с ними ощущения, например езда на велосипеде, бег на лыжах или ра­зыгрывание фортепьянной пьесы, — мы тренируем прямым, в большой степени бессознательным, как можно чаще повторяемым упражнением. Большая часть такого рода информации передается в долговременную память, видимо, лишь во время последующего сна. Более простые движения сохраняются в мозжечке, а сложные автоматизированные навы­ки — и в большом мозге.

Информацию, как правило, можно пожизненно востребовать в лю­бой момент, даже не задумываясь. Всякий, кто в детстве научился ез­дить на велосипеде или плавать, в преклонном возрасте без проблем владеет этими навыками. Поэтому специалисты называют эту память имплицитной.

Мозг во сне повторяет процедурную проработку, что доказали, в частности, вышеупомянутые чикагские эксперименты с зебровыми амадинами. Но самое главное — новейшие исследования с участием люей показали, как важен для этого вида памяти первый сон после трениров­ки. Похоже, что незакрепленные бессознательные воспоминания, ввиду отсутствия подобной гиппокампу буферной системы, сохраняются не более 30 ч.

Роберт Стикголд, нейрофизиолог из Гарвардской медицинской школы в Бостоне, в 2000 г. экспериментировал с людьми, которые днем должны были упражняться в компьютерной игре тетрис. Главное в этой игре — как можно быстрее и ловче поворачивать спускающие­ся по монитору геометрические фигуры и расставлять их так, чтобы не образовывалось пустот. Вскоре после засыпания подопытных будили и спрашивали, что им снилось. Они описывали картины, явно связанные с компьютерной игрой.

Аналогичные сны видели и три пациента с амнезией. Из-за разру­шения гиппокампа у них отсутствовала декларативная память, поэто­му они не владели игрой и не помнили, как в ней упражнялись. Этот факт — явное свидетельство того, что процедурная память пациентов в этот момент работала, и два вида памяти работают независимо друг от друга. Иначе вместе с сознательной памятью у таких пациентов от­казывала бы и бессознательная.

Тот же Стикголд доказал в 2000 г., как важен для имплицитной об­работки информации сон в первую же ночь после упражнений. В ходе проведенного им эксперимента 133 человека тренировались в быстром и по возможности безошибочном распознавании ненадолго вспыхива­ющих на мониторе предметов. Если эксперимент повторялся в тече­ние того же дня, никакого дополнительного эффекта тренированности не возникало. Зато после одной, двух и трех ночей со сном результа­ты заметно улучшались. Лишь 11 человек к третьему дню так ничему и не научились, хотя две последние ночи хорошо спали и пришли на тест выспавшимися. Этим людям по условиям эксперимента не давали спать в первую ночь после упражнений. «Одна-единственная ночь без сна надолго нарушает нормальный процесс обучения», — подытожива­ет Стикголд. Кто не ляжет спать в течение 30 ч после усвоения нового материала, трудился напрасно.

Ян Борн сделал из этих исследований вполне практический вывод: «Если вы берете уроки игры на фортепьяно или вождения автомобиля, не стоит после занятий отправляться кутить на всю ночь. В противном случае вы зря выбросили деньги за урок», — посоветовал он мне, когда я приезжал в его институт в Любеке.

В 2000 г. он вместе со своим коллегой Штеффеном Гайсом и дру­гими сотрудниками провел такой же тест, как Стикголд, с целью про­анализировать влияние различных фаз сна на обучение. Испытуемые, разбуженные после первой половины сна, в которой доминируют фазы глубокого сна, явно чему-то научились. Те, кому не мешали спокойно проспать и вторую половину, богатую эпизодами БС, показали еще лучшие результаты. Зато третью группу заставили упражняться посре­ди ночи, когда фаза глубокого сна была уже позади. После этого они получили уже только легкий и БС. Этим людям сон не принес никакой пользы в обучении.

Это «первое сильное экспериментальное доказательство того, что человеческая память конструируется во сне в ходе двухступенчатого процесса», прокомментировал любекские результаты бельгийский невролог Пьер Макс из Льежского университета. В фазу БС, видимо, выносится в основном та информация, обработка которой началась во время глубокого сна. Эта идея хорошо согласуется с так называемой «теорией последовательности», предлагаемой рядом нейробиологов: память образуется во сне в несколько последовательных этапов. Во время БС закрепляется то, что было отобрано как важное в фазе глу­бокого сна.

Другое предположение гласит, что БС потому так отличается от глу­бокого сна, что различные виды памяти у человека закрепляются разны­ми путями. Согласно этой теории, БС отвечает за запоминание эмоций и отработку врожденных двигательных навыков. Впрочем, обе концепции можно согласовать, предположив, что в фазе БС мозг связывает с эмо­циями информацию, закрепленную в фазе глубокого сна.

И наконец, рабочая группа Дэниэла Марголиаша в Чикаго сумела в 2003 г. доказать, что человек использует сон также для процедурного обучения в акустической области и, что еще важнее, для обобщения проблем. Исследователи обучали участников эксперимента понимать специальным образом искаженные слова. Спустя 12ч тест проводился снова, но уже с совершенно другими словами. Если подопытные в этот промежуток времени не спали, они забывали принцип перевода и пока­зывали столь же плохие результаты, как в самом начале обучения. Зато после сна они справлялись с текстом не хуже, чем сразу по окончании первой обучающей тренировки.

Следовательно, их мозг во сне закрепил не только воспомина­ние о конкретных словах, встречавшихся в упражнении, но и общий принцип опознания искаженных звуков. Более того: тем, кто не спал между первыми двумя тестами, и, соответственно, забыл принцип распознания звуков, достаточно было ненадолго вздремнуть, что­бы показатели значительно улучшились. Этот результат, наряду со многими другими, — доказательство эффективности пресловутого «Power-Nap», короткого послеобеденного сна для повышения рабо­тоспособности.

 

Сон для озарения

 

Итак, мозг во сне незаметно для нас проводит смотр событиям и де­ятельности минувшего дня. При этом он, видимо, закрепляет бессо­знательно возникшие связи между отдельными нейронами и создает прочные, воспроизводимые спустя долгое время модели в бесконечной нейронной сети. Сознательная память, вероятно, по сходному принципу перемещает информацию из буфера в долгосрочное хранилище и свя­зывает новые данные с прежними впечатлениями.

Поговорка «утро вечера мудренее» и популярный сейчас совет «пе­респать с проблемой» говорят о том же самом. Многие люди рассказы­вают, что лучшие идеи приходят к ним во сне. Немецкий химик Август Кекуле увидел кольцевую структуру молекулы бензола во сне — в виде змеи, кусающей свой хвост. Английский писатель Роберт Льюис Сти­венсон рассказывал, что странная история доктора Джекила и мистера Хайда целиком пригрезилась ему в одну из ночей, так что ее оставалось только записать. А американский игрок в гольф Джек Никлаус будто бы вышел из профессионального кризиса, увидев во сне, что ему нужно по-другому держать клюшку.

Правдивость этих историй часто подвергалась сомнению. И все же каждый по собственному опыту знает, что по утрам мы порой действи­тельно умнее, чем накануне вечером. Загадки, с которыми мы легли спать, иногда решаются утром как будто сами собой.

Первое доказательство того, что сон — путь к озарению, получи­ли в 2004 г. Ян Борн и его сотрудник Ульрих Вагнер. Исследователи предложили участникам эксперимента решить трудные и длинные арифметические задачи, имевшие на самом деле простой, всегда оди­наковый принцип решения. Затем одна группа испытуемых получила возможность восемь часов проспать, а другая должна была бодрство­вать. После этого упражнения в арифметике были продолжены. Ученых интересовало, как быстро подопытные заметят, что есть более простое решение задачи. Те, кому дали возможность поспать, оказались сооб­разительнее: 60% из них заметили подвох. В группе неспавших таких оказалось втрое меньше.

Порядок проведения эксперимента был рассчитан так, чтобы ни вре­мя суток, ни общая усталость не могли оказать влияния на результа­ты. Поэтому единственной возможной причиной, объясняющей столь решительное превосходство одной группы над другой, оставалась де­ятельность мозга во сне. И, конечно, у Борна нашлось для этого объ­яснение: «Сон не только закрепляет в памяти новые впечатления, он их качественно изменяет. И это позволяет человеку утром по-другому взглянуть на вчерашнюю проблему». Нередко результатом становится совершенно новый подход к решению.

Популярный психолог Михай Чиксентмихайи, наверное, обрадовал­ся такому подтверждению своей правоты. Ведь он писал еще в 1997 г. в книге «Креативность»: «Не нужно чувствовать себя виноватым, если вы спите на пару часов больше, чем принято считать нормальным. Коли­чественные потери во времени бодрствования с лихвой возмещаются качеством сознательной жизни». Его тезис подкрепляют два прослав­ленных примера: Иоганн Вольфганг фон Гете и Альберт Эйнштейн спа­ли не менее 9 ч в сутки. Поэт назвал сон «верным другом, который всем помогает». Физик любил ненадолго вздремнуть днем, ограничивая вре­мя таких сиест тем, что держал в руке связку ключей, которая с грохо­том падала на пол, если он засыпал слишком глубоко.

Может быть, хотя бы малой частью своей гениальности они обя­заны сну?

 

Каждому участку мозга — свою глубину сна  

 

Сон в основном ускользает от человеческого сознания — это заложе­но в самой его природе. Поэтому прогресс сомнологии зависит от ос­троумных экспериментов и удачно поставленных вопросов. Например: если сон действительно так важен для работы мозга, как это нередко утверждают, не следует ли ожидать, что во сне особенно активно будут функционировать именно те участки мозга, которым пришлось больше всех потрудиться за минувший день?

Так родилась теория локального сна. Согласно этой теории, сон — не единый процесс, равномерно происходящий во всем теле, а своего рода физиологическое предложение организма своим отдельным частям взять столько сна, сколько каждой из них нужно. Поэтому глубина сна в каждый момент не обязательно повсюду одинакова. Вполне можно себе представить, что одна часть мозга спит глубже, чем другие. Например, после многочасовой игры в теннис сенсомоторный центр, координиру­ющий удар, заслужил наиболее полный отдых.

Верность этой теории по крайней мере относительно мозга сейчас окончательно подтверждена. Хорошим примером может служить одно­полушарный сон морских млекопитающих и птиц. Русский специалист по физиологии животных Лев Мухаметов всякий раз будил дельфинов в то время, когда у них засыпала одна и та же половина мозга. В результате это полушарие отсыпалось потом значительно дольше, чем другое.

Исследователям удалось обнаружить локальные различия в сне и у людей: передняя половина большого мозга спит обычно несколько глуб­же, чем задняя, вероятно, потому, что дневная активность предъявляет к первой больше требований. «Передние лобные доли мозга важны для познавательной деятельности», поясняет цюрихский сомнолог Ханс-Петер Ландольт. «Эти участки мозга особенно активно работают днем, и здесь выделяется больше таких веществ, как аденозин, повышающих потребность в сне». Разница между левшами и правшами также нередко отражается на ЭЭГ сна: у правшей левое полушарие спит глубже, пос­кольку там обрабатывается информация правой руки, и наоборот.

Швейцарский сомнолог Александр Борбели и его коллеги решили в 1994 г. проверить эту идею. Они продолжительное время стимулирова­ли вибрирующим физиотерапевтическим аппаратом кисть одной руки у восьми студентов-правшей. В первые часы следовавшего за этим сна действительно регистрировалось больше дельта-волн в тех участках мозга, которые обрабатывали информацию от стимулируемой руки. Правда, эффект проявлялся слабо и был статистически достоверен лишь при раздражении правой руки — и все же это было первое ясное указание на то, что и человеку свойственен локальный сон.

Ирен Тоблер подтвердила эти данные сначала в ходе экспериментов с крысами. Затем в 2004 г. она исследовала локальный сон в мозге мы­шей. Грызунам шесть часов подряд не давали спать и стимулировали усики только с одной стороны морды. После этого мыши отсыпались, и ученые наблюдали желаемый эффект: «ЭЭГ показывала заметно большую активность длинных волн в задействованном полушарии, чем в незадействованном, — говорит Тоблер. — Причем отдых продолжался целых 10 часов».

Очевидно, нервные клетки этой области мозга затратили больше энер­гии. Ведь параллельный эксперимент показал, что они после опыта «дозап­равились» значительно большим количеством «горючего» в виде глюкозы, чем другие нейроны. Но если локально повышенную потребность в длин­новолновой мозговой активности животные могли удовлетворить только во сне, разница в потреблении глюкозы между отдельными участками моз­га выравнивалась и в том случае, если ученые не давали грызунам спать. Поэтому маловероятно, что глубокий сон служит только для восполнения запасов энергии, как предполагала одна из ранних теорий.

Кульминацией этого ряда экспериментов стали результаты, опубли­кованные в том же 2004 г. исследовательским коллективом под руко­водством Джулио Тонони и Рето Хьюбера из Мэдисона. Их испытуемые обучались перед экраном компьютера с помощью мыши переводить курсор из одного заданного пункта в другой. При этом положение кур­сора — о чем участники эксперимента не подозревали — систематичес­ки сбивалось. Центры, управляющие движением руки, были вынуждены бессознательно учится учитывать этот сбой, как всякий человек бессо­знательно учитывает, что при подъеме по эскалатору нужно двигаться иначе, чем на обычной лестнице. Осознание приходит лишь в том слу­чае, если движущееся полотно внезапно останавливается.

«Мы выбрали именно этот тест, потому что он позволяет проследить механизмы бессознательного обучения, а также потому, что из прошло­го опыта нам известен четко очерченный участок мозга, который при этом активируется».

После тренировки подопытные должны были спать в колпаке, начи­ненном 256 электродами. Это позволило снять исключительно точную энцефалограмму, на которой просматривалась также разница между отдельными небольшими ареалами. Таким образом ученым удалось установить связь между успехом в обучении и локальной активностью мозга. Во-первых, на том участке мозга, который особенно сильно за­действован при отработке предложенных тестов, действительно наблю­дались во время глубокого сна особенно интенсивные дельта-волны. «Гомеостатическая потребность во сне явно была здесь особенно силь­ной», — говорит Хьюбер. Кроме того, во время второй серии упражне­ний участники показывали лучшие результаты, чем в первый раз, лишь в том случае, если им в промежутке удавалось поспать.

Но самый удивительный вывод был получен из сравнения отдельных испытуемых: «Мы обнаружили четкую корреляцию между уменьшением числа ошибок в тесте и локальным усилением длинноволновой актив­ности во время глубокого сна», — рассказывает Хьюбер. Те участники, которые — по каким бы то ни было причинам — показали на следующий день наилучшие успехи в обучении, глубже всех спали ответственным за данное умение участком мозга. Несколько утрируя, можно сформули­ровать выводы эксперимента следующим образом: каждая отдельная нервная клетка сама регулирует глубину своего сна, причем эта глуби­на, по всей вероятности, прямо зависит от того, как сильно данная клет­ка задействована в консолидации памяти во время сна.

 

Лучше учиться — и быстрее забывать  

 

Итак, специалисты сегодня практически не сомневаются, что мы учим­ся во сне. Однако во избежание недоразумений необходимо пояснить: «учиться во сне» в понимании ученых означает лишь то, что наш мозг в еще практически не изученном состоянии сонного сознания закрепляет то, что мы усваивали в течение дня. Тетрадь по математике, положенная на ночь под подушку, пользы не принесет. Во сне мы вряд ли достанем ее оттуда и что-нибудь прочтем. Так же мало толку в том, чтобы спать под звуки обучающей кассеты с иностранными словами. Акустические раздражители из внешнего мира проникают в спящее сознание лишь в том случае, если являются сигналами тревоги.

Когда человек готовится к экзамену и должен в кратчайшие сроки зазубрить большие объемы декларативного знания, ему, вероятно, не повредит даже бессонная ночь, проведенная за учебой. Факты в буфер­ном хранилище в течение нескольких дней хорошо сохраняются и при недосыпе. А после экзамена настанет время хорошенько выспаться и перенести выученное в долговременную память.

Тем не менее всякий, кто в долгосрочной перспективе хочет оптималь­но использовать свои как сознательные, так и бессознательные умения и способности, непременно должен как следует высыпаться. И, конечно, не повредит перед сном повторить особенно важные вещи: не исключено, что в таком случае мозг во время сна углубленно их проработает. Однако этот совет, как и другие рекомендации, связанные с функционированием памяти — пока чисто умозрительное соображение.

«Память — один из сложнейших предметов психологии и нейробио­логии», — пишет Ханс-Иоахим Маркович. Поэтому не удивительно, что мы пока не знаем по-настоящему, как искусственно улучшить ее работу. Во всяком случае, до фармакологических препаратов, которые могли бы целенаправленно усиливать консолидирующее взаимодействие не­рвных клеток во сне, пока еще очень далеко. Более реалистическая пер­спектива — усиление глубокого сна в целом, что косвенно способствует и улучшению памяти. Это может делаться посредством электрических полей, синтетического гормона роста или других химических веществ, влияющих на взаимодействие нейромедиаторов в мозге. Чего можно достичь в этой области, пока еще не вполне понятно.

Тем не менее одно практическое медицинское приложение для но­вых научных результатов уже наметилось: любекский физиолог Уль­рих Вагнер и его коллеги надеются с помощью лишения сна предо­твращать так называемый посттравматический стресс. Они опрашива­ли бывших подопытных, четыре года назад проходивших у них тесты на связь сна и памяти, помнят ли они выученное тогда. Оказалось, что люди помнят только эмоционально насыщенные истории, а нейтраль­ная информация из их памяти улетучилась. Впрочем, и эмоциональная память сохранилась лишь у тех, кто после чтения текстов имел воз­можность три часа спать.

«Эмоционально окрашенные воспоминания могут сохраняться года­ми, если непосредственно за обучением следует короткий эпизод сна», констатировали исследователи. Переворачивая это заключение, они предлагают не давать людям уснуть в течение нескольких часов после травмирующего события, например, происшедшей на их глазах тяже­лой аварии или катастрофы. Это ослабляет образование эмоциональной памяти, тем самым разрушая фундамент посттравматического стресса. Есть надежда, что это предотвратит появление таких симптомов, как регулярные ночные кошмары, панические атаки, депрессии, нарушения сна и хроническая усталость.

В том же направлении движутся эксперименты, ставящие своей це­лью выяснить, как реагирует память, если фармакологическими средс­твами подавлять глубокий сон. Этого можно добиться, например, искус­ственно повышая уровень в мозге возбуждающего и способствующего БС нейромедиатора ацетилхолина. Выяснилось, что, как и следовало ожидать, декларативная память, особенно тесно связанная с глубоким сном, в результате значительно страдает.

Так что если нам и не приходится ожидать в ближайшем будущем таблеток для памяти, очень скоро может появиться их противополож­ность: лекарство для забвения. Остается лишь надеяться, что оно не по­падет в дурные руки1.

 

Глава 8   Мир сновидений

Что мы переживаем во сне

 

Когда Натаниэль Клейтман и Юджин Азеринский в начале 1950-х гг. обнаружили явление БС, большинство исследователей надеялось, что перед ними наконец откроются ворота в мир сновидений. Подопытных в лаборатории оставляли спать до того момента, пока их глаза не начи­нали быстро двигаться, а ЭЭГ — показывать неровный рисунок. Подож­дав немного, сомнологи будили спящих. В трех из четырех случаев им при этом удавалось то, о чем прежде они и мечтать не смели: разбудить человека прямо во время сновидения.

Возник настоящий бум исследования ночных грез. Вплоть до 1990-х годов ученые всего мира выслушивали в ходе так называе­мых «экспериментов с пробуждениями» все новые необыкновенные отчеты о сюрреалистическом мире спящего мозга. Различные аспек­ты сновидений регистрировались с максимальной тщательностью. В частности, исследователи анализировали интенсивность повторения во сне событий минувшего дня и фантастичность сновидений, а так­же задавались вопросом, можно ли повлиять на содержание снови­дений извне.

Сейчас пик увлечения прошел, новых открытий в этой области уже не ожидается. «Сегодня мы знаем, какова статистическая частота появ­ления в сновидениях тех или иных объектов, в какой степени при этом задействуются разные формы чувственного восприятия: обоняние, вкус, зрение, чем отличаются сны детей, стариков, людей в депрессии или переживших травму», — подводит итог Вольфганг Лейшнер, специ­алист по сновидениям из Института Зигмунда Фрейда во Франкфурте-на-Майне.

«В мире сновидений мы обычно находимся в движении, поэтому сны чаще разыгрываются на открытых пространствах, чем в замкну­тых помещениях, — говорит Инге Штраух, исследовательница из Цю­рихского университета. — Обычно декорации сна не меняются». При этом наши сновидения разыгрываются, как правило, в незнакомой, иногда пугающей обстановке, иногда среди странных пейзажей, ко­торых мы до тех пор никогда не видели. Однако это нас нисколько не смущает: «В отличие от бодрствования, во сне человек обычно не осознает, что находится в незнакомой обстановке, и не задается воп­росом, куда это он попал». Мир снов живет по собственным законам. «Самая характерная черта сновидения — создаваемое им ощущение реальности. Лишь после пробуждения сон осознается как фантазия, пришедшая спящему».

Каждое шестнадцатое сновидение обходится вообще без окружаю­щей среды — разыгрывается, так сказать, в пространственном вакууме. Каждый десятый сон представляет собой неподвижный кадр. А пос­кольку люди — существа по преимуществу социальные, не приходится удивляться, что и в наших сновидениях обычно присутствует много на­роду. Штраух приводит типичное воспоминание о сне:

«Там были мой отец, мать, три пожилые дамы, одну из которых я знаю, — это моя бабушка, еще моя тетка из Германии и карликовый пинчер, судя по всему, принадлежавший моим родителям, — они как раз в этот день его купили. И вот мы все сидим вокруг стола — такой низкий стол с кожаной обивкой — и обсуждаем преимущества и вред курения. Последнее, что сказал мой отец, было что-то вроде: «Мне нет дела до того, что кто-то там в Израиле...» — и на этом фраза оборва­лась. А до этого речь шла о ребенке, который откуда-то взялся в доме моей тетки, и что она не хочет, чтобы ребенок заболел, потому что мой отец так ужасно потеет. А в какой-то момент мы ехали на лифте, еще с каким-то мужчиной».

В сновидениях мы встречаемся с друзьями и знакомыми чаще, чем с родственниками. Нередко там появляются также чужие, неясно обри­сованные лица. Зато знаменитости и вымышленные персонажи почти не имеют доступа в наши сны. Самые частые эмоции во сне — радость, злоба, страх, заинтересованность и стресс. Секс, судя по всему, играет в снах меньшую роль, чем принято думать. Но это может объясняться и тем, что многие участники экспериментов стесняются рассказывать о своих сексуальных сновидениях.

Инге Штраух, сейчас уже вышедшая на пенсию, в 1979-1999 гг. собрала со своим коллективом 3000 пересказов сновидений. При этом она обнаружила, что большая часть снов вовсе не отличается такой яркой оригинальностью, как принято думать. Очевидно, мы просто лучше помним впоследствии именно красочные детали. «Мир сновидений постоянно определяют как «фантастический», «драмати­ческий» и «эмоциональный». Те, кто так говорит, не задумываются о том, является ли необычное в снах в то же время типичным для них». Примерно половина снов вовсе не содержит фантастических элементов, треть из них — какую-нибудь одну деталь такого рода и лишь каждый пятидесятый сон действительно полон невероятных вещей и событий.

Из этого вовсе не следует, что большинство сновидений подчиня­ется законам логики. Еще Зигмунд Фрейд, отец психоанализа и тол­кования сновидений, писал: «Сны могут быть вполне осмысленными или, по крайней мере, связными, они могут быть также остроумными и фантастически красивыми; но хватает и запутанных, как бы дурац­ких, абсурдных, а порой просто безумных сновидений». Пытаясь вы­яснить, насколько реалистичны человеческие сны, Штраух исследо­вала 500 сновидений из БС у взрослых молодых людей. Оказалось, что 29% снов вполне могли бы быть рассказом о действительном происшествии. Преобладающему их количеству, 63%, Штраух дала оценку «изобретательные»: то, что происходило в этих снах, было неправдоподобно, но все же не фантастично. По-настоящему фан­тастическими оказались лишь 8% сновидений. Штраух приводит осо­бенно яркий пример:

«Там двое боролись, один что-то потерял, маленький кубик, другой за­сунул его себе в рот, и тогда я говорю: «ты подобрал его капсулу само­убийства, теперь ты, наверное, умрешь в судорогах. И я достаю нож и спрашиваю: ударить тебя, чтобы помочь тебе умереть? И тут появляется фотография моего отца».

 

Как мы защищены от сновидений  

 

В рабочей группе пионера сомнологии Натаниэля Клейтмана записью сновидений занимался его ученик Уильям Демент, сам ставший со вре­менем крупнейшим исследователем сна. Демент сначала хотел стать психиатром и был в восторге от возможности экспериментально под­твердить идеи Фрейда о происхождении сновидений. Но в 1960-е годы он опроверг предположение Фрейда, что продолжительное подавление сновидений ведет к душевной болезни. Основатель психоанализа исхо­дил из того, что возможность пережить в сновидении вещи, запретные для нас в реальности, защищает психику от повреждений. Поэтому Де­мент в течение длительного времени будил подопытных в стадии БС, однако не обнаружил никаких принципов назревающих психозов.

Большинство испытуемых у Демента смотрели свои сны до кон­ца — он будил их лишь к концу фазы БС. В ходе эксперимента посто­янно появлялись указания на то, что характерный внешний признак БС — движение глазных яблок — возникает тогда, когда и во сне глаза наблюдают за каким-то объектом и поэтому должны менять направ­ление взгляда. «Глаза показывают, что мозг реагирует на события сна также, как если бы сон был реальностью», — пишет ученый.

Однажды Демент и его коллеги недоумевали, увидев на окулограмме необычно однообразные, повторяющиеся узоры. Они подошли к подо­пытному и пронаблюдали 26 строго ритмичных движений глаз туда-обратно. После этого спавшего разбудили — и он рассказал легендарный «сон о пинг-понге»: «Ему снилось, будто он сидит на столе для пинг-понга и наблюдает за игрой своего брата и одного из друзей. Игроки долго пе­рекидываются мячиком, а он следит за ним глазами», — пишет Демент.

Сразу возникли новые вопросы: почему движутся только глаза? По­чему спящий не поворачивает также голову? Почему у нас не вздраги­вают ноги, когда нам снится, что мы от чего-то убегаем? Ответ на это дал французский нейрофизиолог Мишель Жуве: мозг вынужден защи­щать нас от наших сновидений.

В 1959 г. Жуве обнаружил в основании мозга у кошек крошечный центр БС, который в этом парадоксальном третьем состоянии сознания парализует тело и активизирует мозг. Кошки — излюбленные подопыт­ные сомнологов в животном мире. Они спят очень много, разделяя сон на небольшие отрезки в течение всех суток. Когда Жуве начал свои экс­перименты, ученые уже выяснили, что кошки необычно часто впадают в БС. Их мозг при этом не менее активен, чем в состоянии бодрствования, глаза движутся, усы подрагивают, но все остальное тело парализовано.

Поэтому Жуве не случайно выбрал для своих опытов именно этих зверьков. И хотя его эксперименты — как и многие другие исследова­ния в области нейробиологии и сомнологии — заставляют задуматься об этической допустимости опытов на животных, результаты оказались настолько сенсационными, что они и сейчас определяют наше понима­ние сна и сновидений.

Жуве хирургически разрушал у кошек нейроны в мосту мозга, ко­торые передают сигналы, парализующие двигательную активность тела. В результате мышцы не получали команды к полному расслаб­лению, и животные начинали во сне активно двигаться! С наступле­нием парадоксального сна кошки вскакивали на ноги, гнались за не­видимой мышью, выгибали спину дугой, ощетинивались и шипели на несуществующих врагов, а потом вдруг, оскалившись, забивались в угол клетки, словно напуганные чем-то. А иногда они начинали при­нюхиваться и шли по таинственному следу. В целом они вели себя импульсивно и эмоционально, демонстрируя в то же время автома­тизированные двигательные навыки. Все попытки биологов как-то отвлечь животных ни к чему не приводили — кошки явно продолжа­ли спать.

Внезапно стало ясно, что природа и не могла поступить иначе, чем парализовать тело на время сна. Ведь было бы крайне неэкономно и к тому же очень опасно проживать сложные видения БС с полным учас­тием мышц тела. Поэтому центр БС, посылая в мозг волны возбужде­ния, одновременно всегда обездвиживает тело.

Впрочем, у людей встречается очень редкая и страшная болезнь, которая печально напоминает симптомы, появлявшиеся у оперирован­ных кошек Жуве. Это заболевание классифицируется как парасомния, называется нарушением поведения БС и является чаще всего ранним симптомом болезни Паркинсона. Механизм защитного мышечного тор­можения в этих случаях постепенно отказывает, поскольку с возрастом разрушаются необходимые нейроны в мосту мозга. Что при этом про­исходит, «предсказали давние эксперименты с кошками», говорит не­вролог Марк Маховальд, который в соавторстве с Карлосом Шенком впервые описал эту болезнь в 1986 г.

Страдают ею обычно люди старше 50 лет, и в девяти случаях из десяти — мужчины. В состоянии бодрствования, а также обычного сна, это зачастую совершенно нормальные, мирные, спокойные и доброжелательные люди. Но с наступлением парадоксального сна они способны превратиться в «монстров». Если симптомы выражены слабо, пациенты просто разговаривают во время эпизодов БС, или у них подрагивают руки и ноги — явления обычные, происходящие порой и с вполне здоровыми людьми, когда им снится особенно яркий сон. Зато при тяжелой форме болезни они встают с постели, ругаются, куда-то бегут, иногда даже совершают насильственные действия, распахивают ногами двери, бьют своих домашних, наносят себе порезы и другие телесные повреждения. Чтобы избежать этого, такие больные, ложась спать, просят привязать себя к кровати, вмес­то одеяла используют спальные мешки или спят на полу в надежно запертом, совершенно пустом помещении.

«Когда такие пациенты ночуют в нашей лаборатории сна, всегда возникает огромное напряжение, — рассказывает швейцарский не­вролог Клаудио Басетти. — Но как это ни трагично для самих боль­ных, для сомнологии такие случаи — настоящий клад». Ведь для ученых это единственная возможность узнать содержание сновидений, не будя спящего.

Эту болезнь часто смешивают с другими парасомниями, например, с лунатизмом или ночными кошмарами. Однако при этих расстройствах, в отличие от нарушения поведения БС, пациенты встают всегда в состо­янии (фазе) глубокого сна и никогда — в парадоксальной фазе. Кроме того, лунатизм, вопреки распространенному мнению, не имеет никакого отношения к сновидениям. Лунатики встают и ходят потому, что у них неправильно работает система возбуждения. Она вызывает панические атаки во сне или активизирует автоматические двигательные навыки совершенно независимо от того, видит ли человек в этот момент сон и что именно ему снится.