Обучение во сне возможно
Две различные стадии сна, по-видимому, играют жизненно важные, взаимодополняющие роли в обучении: одна стадия повышает общую производительность, а другая стабилизирует то, что мы узнали за прошлый день. Таким образом и работает обучение во сне.
Новое исследование раскрывает механизмы, по которым работает обучение во сне
Ученым давно известно, что хороший ночной сон творит чудеса для нашей способности получать новые навыки.
Менее ясна роль разных стадий сна. В частности, было разногласие по поводу относительного вклада быстрого сна с быстрым движением глаз (REM), когда происходит большая часть сновидений, и сна без сновидений, медленного сна.
Исследование, проведенное психологами факультета когнитивных, лингвистических и психологических наук Университета Брауна в Провиденсе, Род-Айленд, дает нам важные подсказки, которые могут помочь, наконец, разрешить спор про обучение во сне.
Эксперимент, сфокусированный на визуальном обучении, предполагает, что для обучения новым навыкам, обе стадии сна играют существенные роли нейрохимической обработки знаний
Ученые обнаружили, что в то время, как сон вне фазы быстрого сна повышает эффективность новых приобретенных навыков за счет восстановления гибкости, сон быстрого сна стабилизирует эти улучшения и предотвращает их перезапись при последующем обучении, т.е. закрепляет их.
«Я надеюсь, что это поможет людям понять, что и медленный, и быстрый сон важны для обучения», — говорит автор-корреспондент Юка Сасаки, профессор когнитивных, лингвистических и психологических наук в Университете Брауна.
Большая часть быстрого (REM) сна приходится на последние часы сна, поэтому это открытие подчеркивает важность более поздних стадий сна.
«Когда люди спят по ночам, существует множество циклов сна. Быстрый сон появляется по крайней мере три, четыре, пять раз, и особенно в более позднюю часть ночи. Мы хотим, чтобы у нас было много быстрого сна, чтобы лучше помнить, поэтому мы не должны сокращать время сна». — Проф. Юка Сасаки
Исследование опубликовано в журнале Nature Neuroscience.
Обучение во сне: двойные преимущества
Психологи ранее определили два различных преимущества сна для обучения.
Первое преимущество, которое они называют «приростом производительности в автономном режиме», означает, что обучение, полученное до сна, улучшается после сна без какой-либо дополнительной тренировки.
Второе преимущество, называемое «устойчивость к помехам», защищает навыки, полученные перед сном, от их нарушения или перезаписи при последующем обучении после пробуждения.
Чтобы воспользоваться обоими преимуществами, необходимо найти компромисс между гибкостью и стабильностью
Обучение в течение дня включает в себя формирование новых синапсов, которые представляют собой электрические связи между нервными клетками, и усиление существующих синапсов за счет многократного использования.
Пока мы спим, мозг оптимизирует свои операции, чтобы работать более эффективно. Согласно ведущей гипотезе, он делает это путем реактивации синапсов, которые были усилены в течение дня, а затем без разбора «понижает шкалу» или ослабляет их все.
Именно этот механизм восстанавливает гибкость или пластичность локальных связей мозга и более широких сетей для повышения общей производительности.
В то же время во время сна мозг должен также стабилизировать ключевые синапсы, чтобы предотвратить удаление того, что было изучено в предыдущий день, в результате нового обучения.
Визуальная обучающая задача
Чтобы выяснить, когда каждый из этих процессов происходит во время сна, ученые дали добровольцам стандартное задание на визуальное обучение. Оно включало в себя идентификацию букв и выравнивание линий, которые появлялись на экране в двух разных задачах: одна перед сном и одна после сна.
Буквы и линии отображались на фиксированном фоне. Горизонтальные линии для одной группы добровольцев и вертикальные линии для другой группы.
Затем участникам давали поспать в течение 90 минут, поместив их головы в МРТ сканер.
После пробуждения им давали 30 минут, чтобы полностью проснуться перед выполнением той же задачи, но с противоположной ориентацией фоновых линий.
Предыдущие исследования показали, что переключение ориентации фоновых линий мешает повышению производительности при выполнении этой учебной задачи
Третьей группе добровольцев не давали никаких учебных заданий до или после сна.
Исследователи использовали электроды, приклеенные к векам и коже головы испытуемых, чтобы определить, когда они входят в разные стадии сна.
Они также использовали метод, называемый магнитно-резонансной спектроскопией, для измерения относительных концентраций двух нейромедиаторов — глутамата и гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) — в частях мозга, которые обрабатывают визуальную информацию.
Глутамат передает возбуждающие сигналы в мозг, тогда как ГАМК передает тормозные сигналы. Нейробиологи считают, что когда концентрация глутамата высока по сравнению с ГАМК, это отражает увеличение нейрональной пластичности, тогда как противоположное указывает на усиление стабилизации.
Повышение пластичности
Когда ученые проанализировали свои результаты, они обнаружили, что пластичность увеличивалась во время не-REM-сна, что коррелировало с улучшением выполнения новых задач после сна.
Интересно, что пластичность увеличивалась во время фазы медленного не-REM-сна даже у добровольцев, не выполнявших каких-либо задач для обучения, что позволяет предположить, что в мозгу происходит какой-то общий процесс оптимизации.
Во время позднего быстрого-REM-сна пластичность тех, кто выполнял учебные задачи, упала ниже уровня их пластичности, который был у них во время бодрствования. Это падение коррелировало со стабилизацией обучения в предыдущий день: похоже, что этот механизм предотвращает потерю прироста производительности.
Другими словами, быстрый сон может сделать обучение, проведенное перед сном, более устойчивым к помехам от последующего обучения.
В отличие от медленного сна резкое падение пластичности во время быстрого сна наблюдалось только у добровольцев, которым была поставлена задача учиться.
Это предполагает, что стабилизация (потеря пластичности), происходящая во время фазы быстрого сна, была сосредоточена исключительно на синапсах, участвующих в обучении.
Среди участников, которым не удалось войти в фазу быстрого сна в течение 90 минут, проведенных в сканере, улучшений производительности в обучении после сна не произошло.
В целом результаты показывают, что обе стадии сна важны для изучения нового. В то время как наш мозг находится в «автономном режиме», медленный сон, благодаря пластичности, улучшает усвоение только что полученных знаний. Но без фазы быстрого сна, во время которой идет стабилизация этих знаний и воспоминаний, все эти достижения будут потеряны.
Универсальные принципы?
Исследование фокусируется на определенной части мозга и включает только один вид обучающей задачи. Сасаки и ее команда надеются выяснить, применимы ли те же принципы к обучению в целом.
Кроме того, они хотят изучить роль сна, перед которым для большей мотивации к обучению предоставляются награды.
«Ранее мы уже доказали, что награды улучшают визуальное обучение во время сна, поэтому мы хотели бы глубже понять, как это работает», — говорит она. «Это амбициозно, но, возможно, мы могли бы расширить это исследование и на другие типы обучения, чтобы мы могли лучше запоминать и развивать моторику, визуальные навыки и творческие способности».
