«Подсознание: великолепная история человечества»

В древности сновидения толковали, чтобы заглянуть в будущее. Сегодня — чтобы разобраться в том, что они говорят об устройстве нашей памяти. В книге «Подсознание: великолепная история человечества» (издательство «Манн, Иванов и Фербер»), переведенной на русский язык Ириной Матвеевой, нейробиолог Сидарта Рибейро рассказывает, что нейронаука, биохимия и психология позволили узнать о природе сновидений, а также их значении в эволюции и жизни человека. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным исследованиям важности сна для памяти и обучения.

Сон, запоминание и забывание

Если во время бодрствования мы получаем какие-то воспоминания, то во сне они воспроизводятся и трансформируются. Реверберация воспоминаний подспудно присутствует в психоаналитической концепции дневного остатка, однако в работах Фрейда нет упоминания о роли сна в обучении. Карл Юнг подошел к этой идее ближе, когда сказал, что сны готовят сновидца к грядущему дню.

Однако первый экспериментальный подход к исследованию взаимосвязи между сном и обучением появился не в Европе (бесспорном центре научных знаний в XIX веке), а в США, чьи университетские традиции в то время еще только зарождались.

В начале 1920-х годов ученые Джон Дженкинс и Карл Далленбах попытались воспроизвести в Корнеллском университете классический эксперимент немца . В опыте, проведенном несколькими десятилетиями раньше, участники-добровольцы заучивали список слогов, которых не было в их языке, а затем ученые замеряли, насколько эти слоги сохранились в памяти по прошествии времени.

С помощью этой простой процедуры Эббингауз за 40 лет до Далленбаха и Дженкинса установил: однажды обретенные воспоминания со временем ослабевают экспоненциально. Ученый вывел «кривую забывания», характеризующую динамику памяти у бесчисленного множества разных биологических видов. Новое слово Дженкинса и Далленбаха заключалось в том, что участников просили заснуть сразу после того, как они выучили слоги.

Для сравнения они повторили эксперимент, но изменили его условия — теперь добровольцам не давали спать. Как ни странно, за один и тот же промежуток времени участники запоминали после сна намного больше, чем когда продолжали бодрствовать. Участники бодрствовавшей группы были студентами бакалавриата, и после сеанса они отправились на занятия. Родившаяся тогда шутка до сих пор в ходу среди ученых: Дженкинс и Далленбах доказали, что для учебы полезнее спать, чем ходить на лекции.

Но если серьезно, сегодня мы знаем, что релевантная переменная при низком запоминании в бодрствующей группе — это сенсорные и когнитивные помехи. Во время бодрствования мозг постоянно бомбардируют всевозможные раздражители. Они сильно мешают мнемоническому процессу. Наглядный пример — попытка напевать одну песню, слушая другую. Усилия, необходимые для выполнения этой простой задачи, пропорциональны громкости мешающей музыки. Это показывает, насколько сложно бодрствующему мозгу изолировать себя от реальности и заставить на нее не реагировать.

По непонятной причине открытие Дженкинса и Далленбаха не было подхвачено современниками. Оно десятилетиями оставалось в тени и не имело никаких последствий для науки. Пару незначительных исследований провели в 1940-х годах. Но тогда шла Вторая мировая война, почти сразу за ней началась холодная. И это были доинтернетовские времена — информация растекалась вязко, медленно, капризно, до широких кругов доходила не всегда.

Только в 1950-х годах США стали эпицентром исследований быстрого сна и его связи со сновидениями, но поначалу все равно никто не занимался когнитивным аспектом сна. Выводам Дженкинса и Далленбаха, опубликованным в 1924 году, пришлось ждать 40 лет, прежде чем их разглядели.

Жуве и цветочный горшок

В конце 1960-х годов во Франции и США наблюдался активный всплеск интереса к этой теме: новое поколение ученых под влиянием обратило внимание на важность сна для когнитивной функции. Общим знаменателем экспериментального плана этих исследований было лишение грызунов сна после сеанса тренировки.

«Метод цветочных горшков», предложенный Жуве, оказался прост, эффективен и дешев. Он быстро распространился среди лабораторий, занимавшихся изучением биологических последствий недосыпания. Метод основан на том, что медленный сон сопровождается падением мышечного тонуса, который еще более снижается с началом быстрого сна.

Подопытное животное помещали на небольшую платформу — перевернутый цветочный горшок, поставленный в емкость с водой. Как только животное уснет и утратит мышечный тонус, оно свалится в воду и проснется. Подобрав платформу нужного диаметра, можно лишить животное сна вообще или только быстрого сна.

Первые эксперименты с применением этого метода показали: крысы, с которыми сначала проводили обучающий сеанс — пространственное обучение, приобретенный страх, обучение методом проб и ошибок — после полного лишения сна и лишения конкретно быстрого сна хуже вспоминали выученное.

Недостаток сна необходимо чем-то компенсировать. Это особенно относится к быстрому сну. Его депривация неизменно влечет спад, требующий восстановления прямо пропорционально количеству пропущенного сна. А вот обратное неверно: можно значительно увеличить продолжительность REM-фазы за счет общей продолжительности сна, однако запастись сном впрок не выйдет — снижения длительности быстрого сна на следующий день не будет.

Большое влияние на эту динамику оказывают эмоции. Умеренная тревожность приводит к сокращению общей длительности быстрого сна, но сильный стресс (например, угроза жизни) после его исчезновения может привести к значительному увеличению продолжительности быстрого сна. Это свидетельствует о жизненно важной роли быстрого сна для когнитивной функции человека.

В течение 1970-х годов ряд ученых убедительно доказали, что лишение сна вредно для обучения. Это вызвало настоящий всплеск интереса в контексте международной конкуренции и сотрудничества. В центре внимания был быстрый сон: теперь его рассматривали как самую интересную фазу сна из-за тесной связи со сновидениями. Однако с течением времени сформировалось и стало нарастать движение противодействия идее о том, что быстрый сон обладает какой бы то ни было когнитивной ценностью.

Стресс или недостаток сна?

Больше всего от скептиков досталось методу лишения сна. Цветочный горшок, который Мишель Жуве придумал использовать как средство депривации, сам по себе вызывает стресс. Если он слишком маленький — животное падает в воду при первых же признаках засыпания. Если чуть больше — то зверек достаточно глубоко засыпает и, когда мышечный тонус уже очень низок, скатывается с платформы. Неожиданное падение в воду после определенного порога атонии вызывает сильный шок. Очевидно, что ситуация, в которую попадают животные в подобных экспериментах, является противоестественной и стрессовой.

Помимо резкого пробуждения из-за падения в холодную воду, у крыс при этом серьезно ограничена возможность движений. После нескольких часов депривации сна они начинают ходить по затопленной клетке, оставаясь мокрыми. В результате у подопытных отмечается раздражение и общие метаболические изменения, в том числе выработка в гиппокампе глюкокортикоидов (гормонов стресса), способных оказывать пагубное влияние на память. При таком количестве побочных эффектов от самих условий эксперимента было бы вольностью связывать причину выявленного дефицита памяти только с недостатком сна.

Этот аргумент справедлив. Поэтому в новых экспериментах использовались менее стрессовые методы лишения сна. Докторант Уильям Фишбейн и его научный руководитель Уильям Демент воспользовались важными поведенческими особенностями грызунов. В отличие от тяжелых взрослых крыс массой более 300 граммов, маленькие легкие мыши (30 граммов) способны долго висеть на прутьях — на крыше клетки. Они часами ходят вниз головой и настолько свободно себя при этом чувствуют, что могут даже есть и пить.

«Метод цветочного горшка» не вызывал слишком сильного стресса у маленьких и легких мышей — они удерживались на платформе только в течение времени, когда действительно хотели спать. И все же эксперименты с лишением сна мышей тоже показали ухудшение запоминания, подкрепив выдвинутую гипотезу.

Тем не менее аргумент об излишне стрессовом методе звучал вновь и вновь. В качестве альтернативы стали применять мягкое, но эффективное вмешательство ученого каждый раз, когда животное пыталось заснуть. Очевидно, что успешность этого метода зависит от внимательности экспериментатора: отвлекись он — и качество данных ухудшится, а их интерпретация станет неубедительной. И вот начали сгущаться грозовые тучи протеста.

Два американских ученых, психиатр Джером Сигел из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и нейроанатом Роберт Вертес из Флоридского атлантического университета стали известны благодаря убедительным аргументам против когнитивной гипотезы сна.

Скептики против одинокого рейнджера

Вопросы, между тем, только множились. Если быстрый сон так важен для познавательной функции, то почему рептилии, птицы и даже млекопитающие вроде ехидны его лишены? Если он используется для усвоения нового, то почему его нет у такого умного животного, как дельфин, а у других, явно менее умных (например, у броненосца) его в избытке? Почему у людей от приема антидепрессантов он укорачивается, а дефицита обучаемости не возникает? Почему нет корреляции между временем, проведенным в фазе быстрого сна, и способностью человека к обучению?

Защитники теории возражали: мы не совсем уверены, что у дельфинов нет фазы быстрого сна — его эпизоды могут быть просто слишком короткими и не поддаваться записи. Кроме того, дельфины произошли от наземного млекопитающего, попавшего в водную среду. Вероятно, у китообразных быстрый сон оказался сокращен или исключен, чтобы предотвратить полную атонию в водной среде — это может привести к утоплению. В контексте специализации, вызванной пребыванием в новой среде, когнитивные функции быстрого сна могли быть заменены другими, эквивалентными (с метаболической точки зрения) процессами.

Броненосец много времени проводит под землей. Данные последних 20 лет показали: вопреки предыдущим представлениям, у ехидны, птиц и даже рептилий быстрый сон все-таки есть.

Лечение антидепрессантами повышает уровень нейромедиаторов — норадреналина, дофамина и серотонина, важных для формирования воспоминаний. Так что вполне вероятно: консолидация памяти во время бодрствования компенсирует последствия укорочения фазы быстрого сна.

Дебаты усилились, а их тон ужесточился в 1980-е годы. Ученые четко поделили территорию в соответствии со взглядами на когнитивные свойства сна. Какое-то время все походило на диалог глухих. Обескураженные ожесточенной атмосферой конференций по исследованию сна и все более агрессивными анонимными рецензиями на статьи ветераны начали постепенно уходить из этой сферы. За десять с лишним лет научный интерес к изучению связи сна и обучения значительно снизился.

В течение этого бурного периода здоровенный чудак-канадец Карлайл Смит, психолог из Трентского университета, почти в одиночку стоял на защите когнитивной роли быстрого сна. В ходе ряда экспериментов на грызунах он показал его положительный эффект в определенные промежутки времени после дрессировки и установил периоды большей уязвимости памяти к лишению сна.

Но одинокий воин Смит не смог переломить мнение критиков когнитивной теории сна, и ситуация оставалась тупиковой до начала 1990-х годов. И вот на сцену вышло новое неожиданное действующее лицо, склонившее чашу весов в свою пользу в результате экспериментов на людях.

Подробнее читайте:
Рибейро, Сидарта. Подсознание: великолепная история человечества / Сидарта Рибейро ; пер. с англ. Ирины Матвеевой ; науч. ред. В. Северцев, А. Харламова. — Москва : Манн, Иванов и Фербер, 2023. — 472 с. — (Великолепная история человечества).