Сон помог вознаграждению улучшить зрительное обучение

Американские ученые выяснили, что позитивное подкрепление в виде вознаграждения улучшает процесс зрительного обучения только вместе со сном. Для этого они провели серию экспериментов, в одном из которых использовали полисомнограф. Использование вознаграждения во время обучения улучшает результаты тестов после сна, а ключевую роль в этом процессе играет удлинение фазы быстрого сна, а также изменение активности префронтальной коры и зрительных отделов, пишут ученые в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Работа зрительного внимания — один из способов получения и усвоения новой информации, а улучшают зрительное обучение два разных фактора. С одной стороны, как и при любом другом типе обучения, помочь может позитивное подкрепление (вознаграждение). С другой стороны, положительно на такое обучение влияет консолидация памяти, которая активнее всего происходит во сне. Непонятно, однако, как два этих фактора взаимодействуют: другими словами, может ли сон, например, улучшить обучение с подкреплением или же он никак на него не влияет.

Выяснить это решили ученые из Брауновского университета под руководством Юки Сасаки (Yuka Sasaki). В качестве основного задания для зрительного обучения они использовали текстурный тест, в котором участникам необходимо правильно назвать направление трех наклоненных линий из нескольких, изображенных на экране. Задача осложнена тем, что участникам необходимо смотреть на букву, расположенную посередине экрана, а наклонные линии появляются в области периферийного зрения.

В первом эксперименте приняли участие 47 человек, которых разделили на четыре группы. Всех участников попросили ничего не есть и не пить в течение четырех часов перед экспериментом: это позволило ученым использовать капли воды в качестве вознаграждения за правильный ответ. Первые две группы приехали на эксперимент в девять вечера, выполнили задание и легли спать, а по пробуждении в девять утра выполнили задание еще раз; при этом первой группе давали воду за правильный ответ, а второй — нет. Другие две группы выполняли задание точно так же, только на сам эксперимент они приехали в девять утра, после чего не спали и повторили задание в девять вечера.

Оказалось, что сон играет ключевую роль в улучшении зрительного обучения: результаты у первых групп стали лучше к выполнению задания во второй раз. При этом использование и сна, и вознаграждения было самым эффективным: результаты улучшились на 40 процентов. Для сравнения, только сон привел к улучшению на 20 процентов, а у двух групп, которые не спали между выполнениями задания, правильных ответов стало только на 10 процентов больше.

Второй эксперимент немного отличался от первого: вознаграждение давали только один раз — во время изначального обучения, но не повторения (разумеется, только в тех группах, которым вознаграждение полагалось — так же, как и в первом эксперименте). Таким образом ученые исключили влияние вознаграждения на результаты во время выполнения задания, так как использовалось оно только в процессе изначального обучения. Результаты оказались такими же: правильных ответов стало на 25 процентов больше в группе, которая получала вознаграждение во время обучения перед сном. Для сравнения, без вознаграждения результаты улучшились только на 15 процентов, а в утренней группе и вовсе стали хуже.

В третьем эксперименте участвовали уже две группы, эксперимент проходил в дневное время, а продолжительность сна сократили до двух часов. Ученые предположили, что на улучшение обучения во время сна может влиять время нахождения в каждой его фаза, а определять его — активность мозга в определенных диапазонах. Для того, чтобы проверить это, к участникам во время сна подключили полисомнографы. 

Вознаграждение и сон после опять улучшили результаты: на 38 процентов по сравнению с улучшением в 20 процентов в группе, которая вознаграждения не получала. При этом в первой группе также наблюдалось увеличение фазы быстрого сна практически в три раза (6 минут против 18), из чего ученые сделали вывод, что ее удлиняет использование позитивного подкрепления. Кроме того, само использование подкрепления также повлияло и на активность мозга во время сна: в фазе быстрого сна наблюдалась повышенная активация зон префронтальной коры, которые отвечают за процесс обучения, а в фазе и быстрого, и медленного сна — пониженная активность теменной коры (зрительных зон), которая в процессе обучения не участвовала (то есть той, которая не отвечала за используемое во время выполнения задания зрительное поле).

Ученые, таким образом, пришли к выводу, что позитивное подкрепление в виде вознаграждения влияет на результаты зрительного обучения только в том случае, если после этого человек поспит: по-видимому, именно сон обеспечивает закрепление результатов обучения с подкреплением.

Влияние сна на когнитивные способности можно увеличить с помощью убаюкивания: год назад ученые показали, что если ритмично покачивать кровать во время сна с частотой примерно 0,25 герца, то улучшится и сам сон, и работа памяти. Как ни странно, работает и это на взрослых людях.

Елизавета Ивтушок