Как мы учимся. Почему мозг учится лучше, чем любая машина… пока

Открытие было сделано еще в начале ХХ века. В 1924 году два американских психолога, Джон Дженкинс (1901–1948) и Карл Далленбах (1887–1971), обратились к классическим исследованиям памяти³¹⁶. В частности, они подробно изучили работы одного из первых исследователей механизмов запоминания, немца Германа Эббингауза (1850–1909), который в конце XIX века открыл базовый психологический закон: чем больше проходит времени, тем хуже вы помните то, чему однажды научились. Предложенная Эббингаузом кривая забывания – красивая, монотонно убывающая экспонента. Однако Дженкинс и Далленбах обратили внимание на одну аномалию: кривая не показывала ухудшения памяти в период между восемью и четырнадцатью часами после усвоения нового материала. Почему? Оказывается, в эксперименте Эббингауза восьмичасовой лимит совпадал с тестами, проведенными в тот же день, а четырнадцатичасовой – с тестами, проведенными с интервалом в одну ночь. Чтобы разобраться в причинах столь странного явления, Дженкинс и Далленбах провели новое исследование, которое позволило разграничить две переменные: время до проверки памяти и влияние сна. В рамках эксперимента ученые просили студентов запомнить случайные слоги либо около полуночи, непосредственно перед сном, либо утром. Результаты не оставили сомнений: то, что мы узнаем утром, со временем исчезает, согласно экспоненциальному закону Эббингауза; то, что мы узнаем в полночь, напротив, остается стабильным во времени (при условии, что студенты спали не менее двух часов). Другими словами, сон препятствует забыванию.

На ум приходит несколько альтернативных интерпретаций такой закономерности. Возможно, в течение дня память стирается потому, что во время бодрствования мозг накапливает токсичные вещества, которые выводятся во время сна; или, возможно, на память пагубно влияют другие события, случившиеся в промежутке между освоением нового материала и тестированием, чего во время сна, разумеется, не происходит. Тем не менее все эти альтернативные объяснения были окончательно отвергнуты в 1994 году: израильские исследователи продемонстрировали, что мы продолжаем учиться даже ночью – после ночного сна когнитивная и моторная деятельность улучшается без какой-либо дополнительной тренировки³¹⁷. Эксперимент был прост. В течение дня добровольцы учились обнаруживать полосу в определенной точке сетчатки. Эффективность выполнения задачи медленно увеличивалась, пока не достигала плато. Однако стоило ученым отправить испытуемых спать, как их ждал сюрприз: когда те просыпались на следующее утро, их производительность резко повышалась и оставалась на этом уровне на протяжении следующих нескольких дней. Сон явно вызывает дополнительное научение: если исследователи будили испытуемых каждый раз, когда наступала фаза быстрого сна, утром никаких улучшений не отмечалось.

Многочисленные исследования подтвердили и уточнили эти ранние открытия³¹⁸. Прежде всего оказалось, что положительный эффект ночного сна зависит от его качества. Чтобы оценить качество сна, ученые закрепляли на голове испытуемых несколько электродов и отслеживали медленные волны, характеризующие глубокий сон. Как выяснилось, и продолжительность, и глубина сна являются надежными предикторами повышения производительности после пробуждения. Данная взаимосвязь работает и в обратном направлении: потребность во сне, судя по всему, зависит от интенсивности стимуляции и научения в течение дня. У животных во время фазы быстрого сна в гиппокампе и коре возрастает экспрессия гена zif-268, отвечающего за нейропластичность (особенно она выражена у особей, ранее находившихся в обогащенной среде). Другими словами, повышенная стимуляция приводит к всплеску в ночной нейропластичности³¹⁹.

Хотя соответствующие роли разных фаз сна пока изучены не до конца, глубокий сон определенно способствует консолидации и обобщению знаний (то, что психологи называют семантической или декларативной памятью), в то время как быстрый сон, во время которого активность мозга близка к состоянию бодрствования, содействует закреплению перцептивных и моторных навыков (процедурная память).

Спящий мозг заново переживает прошедший день

Несмотря на то что психологические доказательства положительного влияния сна казались весьма убедительными, нейронный механизм, благодаря которому спящий мозг может учиться даже лучше, чем бодрствующий, оставался загадкой. В 1994 году нейрофизиологи Мэттью Уилсон и Брюс Макнотон совершили важное открытие: в отсутствие какой-либо внешней стимуляции нейроны гиппокампа самопроизвольно активируются во время сна³²⁰. При этом их активность носит отнюдь не случайный характер: ученые обнаружили, что она… воспроизводит перемещения животного в течение дня!