powiązana zawartość
- Zięby Zebra Dream a Little Dream of Melody
Moja mama jest jednym z pięciorga dzieci, więc ma wiele historii o nieszczęściach jej i rodzeństwa. Jednym z moich ulubionych jest mój „dziwny” wujek Dorsey i jego wczesne wysiłki naukowe. Kiedy moja mama miała około ośmiu lat, jej starszy brat co noc wsunął magnetofon pod łóżko, żeby po cichu odtworzyć lekturę wiersza „Kruk” (1845) Edgara Allana Poe. Noc po nocy grał na taśmie, próbując sprawdzić, czy spontanicznie recytuje wiersz z całej swojej ekspozycji. Sposób, w jaki to mówi, budził się za każdym razem, gdy odtwarzano nagranie. Jasne, wciąż potrafi recytować kilka pierwszych wierszy, ale tylko dlatego, że obudził ją wiersz po nocy.
Wujowi nigdy nie udało się zmusić mamy do „nauki snu”, ale okazuje się, że niektóre z jego pomysłów mogły nie być tak błędne. Podczas gdy nauka snu, zwana również hipnopedia, została obalona, neurobiologowie w moim laboratorium i innych odkrywają obecnie sposoby używania bodźców, takich jak sygnały dźwiękowe podczas snu, w celu wzmocnienia wspomnień.
Wcześni badacze popełnili ten sam błąd, co wujek Dorsey i sądzili, że możemy nauczyć się nowego materiału podczas snu przez osmozę, à la Aldous Huxley's Brave New World (1932). Podobnie jak w powieści dystopijnej, eksperymenty mające na celu uczenie się snu często opierały się na fałszywym założeniu, że sen jest jak stan hipnotyczny. W latach dwudziestych niektórzy badacze wierzyli, że mogą uczyć uczestników całkowicie nowych informacji, odtwarzając nagrania audio podczas snu, a wynalazcy zaczęli sprzedawać urządzenia oparte na tym pomyśle. Nie różni się niczym od odcinka „Big Cheese” (1996) w Dexter's Laboratory, w którym geniusz z kreskówek używa ogromnego gadżetu do nauki francuskiego podczas snu: to nie działało.
Dopiero w latach 50. XX wieku naukowcy odkryli, że reklamowane działanie hipnopaedii wcale nie było spowodowane snem. Zamiast tego te urządzenia faktycznie budziły ludzi. Osoby demaskujące mogą to stwierdzić za pomocą stosunkowo uznanej techniki zwanej elektroencefalografią (EEG), która rejestruje sygnały elektryczne mózgu za pomocą elektrod umieszczonych na skórze głowy. Korzystając z EEG na swoich uczestnikach, badacze mogli stwierdzić, że osoby uczące się spania faktycznie się obudziły (coś, co wciąż robimy w badaniach dzisiaj), a to prawie zakończyło badania nad snem jako narzędziem poznawczym. Pięćdziesiąt lat później wiemy, że można zmienić pamięć podczas snu, tylko w inny sposób niż wcześniej oczekiwano.
W 2007 r. Neurobiolog Björn Rasch z Uniwersytetu w Lubece i jego koledzy poinformowali, że zapachy, które były związane z wcześniej poznanym materiałem, mogą być wykorzystane do wskazania śpiącego mózgu. Autorzy badania nauczyli uczestników lokalizacji obiektów na siatce, podobnie jak w grze Koncentracja, i wystawili je na zapach róż. Następnie uczestnicy spali w laboratorium, a eksperymentatorzy czekali na najgłębszy etap snu (sen o powolnej fali), aby ponownie wystawić ich na zapach. Potem, kiedy się obudzili, uczestnicy byli znacznie lepsi w zapamiętywaniu położenia obiektów. Działało to tylko wtedy, gdy podczas nauki były narażone na zapach róży i wąchały go podczas snu wolnofalowego. Jeśli były narażone na zapach tylko podczas czuwania lub podczas snu REM, wskazówka nie działała.
Prawie wydawało się to zbyt piękne, aby mogło być prawdziwe. Czy naprawdę moglibyśmy „oznaczyć” wspomnienia podczas uczenia się zapachem, a następnie przekonać nasz mózg do przećwiczenia go podczas snu? Wiele badań od czasu pierwszej pracy potwierdziło odkrycie, a pojawiły się nawet nowe odmiany, takie jak stosowanie dźwięków zamiast zapachów.
W neurobiologii kognitywnej Paller Lab na Northwestern University, gdzie pracuję, opublikowano wiele artykułów wykazujących, że neuronaukowcy mogą połączyć pojedynczy dźwięk z jednym obiektem i reaktywować go indywidualnie. Na przykład możesz zagrać w Koncentrację i dowiedzieć się, że kot jest w lewym dolnym rogu, a czajnik jest w prawym górnym rogu. Kiedy uczysz się kota, słyszysz miauczenie, a kiedy uczysz się czajnika, słyszysz gwizd. Gdybyśmy podczas snu w zwolnionym tempie grali tylko jeden z tych dźwięków, takich jak miauczenie, w rzeczywistości zapamiętalibyśmy lokalizację kota nawet lepiej niż czajnik. Należy pamiętać, że oba te elementy początkowo uczyły się równie dobrze, co pokazuje, że wskazanie snu preferencyjnie pomogło kotowi. Ta zdolność wyboru konkretnych pamięci do reaktywacji nazywa się celowaną reaktywacją pamięci (TMR).
Nazywamy to TMR, ponieważ uważamy, że odtworzenie takiej wskazówki dźwiękowej reaktywuje pamięć uczenia się położenia obiektu z poprzedniego zadania. Moje laboratorium uważa, że ta powtórka pamięci pozwala mózgowi wzmocnić reprezentację pamięci, co prowadzi do lepszego przywołania. We współpracy ze szczurami naukowcy zajmujący się mózgiem, Daniel Bendor i Matthew Wilson z Massachusetts Institute of Technology, znaleźli dokładnie tę oczekiwaną powtórkę, kiedy podawali wskazówki dźwiękowe związane z poprzednią nauką.
Neurolodzy zaczynają teraz uruchamiać TMR. Jedno z ostatnich badań mojej grupy działało podobnie do gry Guitar Hero, w której gracz zajmuje centralne miejsce jako muzyk. James Antony, obecnie doktorant na Uniwersytecie Princeton, ale w tym czasie doktorant, kazał uczestnikom nauczyć się dwóch sekwencji muzycznych na klawiaturze. Piosenki składały się z czterech nut, które wyglądały jak spadające kółka, podobnie jak rzeczywista gra. Po równie dobrym opanowaniu obu piosenek uczestnicy zdrzemnęli się, a Antony dał im jedną z piosenek. Kiedy zostali ponownie przetestowani po śnie, uczestnicy byli lepsi w śpiewanej podczas snu piosence niż w nieuzbrojonej. Pomyśl, jak szybko możesz nauczyć się nowego instrumentu muzycznego lub piosenki, przypominając śpiącemu mózgowi o poprzedniej nauce!
Chociaż niektóre badania translacyjne zaczęły pojawiać się na powierzchni, nadal nie znamy granic TMR ani generowania snu w ogóle. W artykule z 2017 roku badaczka podoktorancka Laura Batterink z mojego laboratorium i współpracownicy odkryła, że wskazanie TMR w połączeniu ze snem REM pozwoliło lepiej zapamiętać słowa, które zostały odczytane podczas popołudniowej drzemki. Badania te wydają się wskazywać, że sen REM jest korzystnym stanem, gdy pamięci cu są zintegrowane z istniejącymi sieciami pamięci.
Do nierozstrzygniętych pytań, którymi musimy się jeszcze zająć, należą: czy to działa w przypadku nauki języków obcych (tj. Gramatyki), czy po prostu nauki obcego słownictwa? Czy można go wykorzystać do utrzymania wydajności pamięci w starzejącej się populacji? Czy reaktywowanie niektórych wspomnień oznacza, że inne są usuwane jeszcze szybciej?
Jestem osobiście zainteresowany tym, jak te reaktywowane wspomnienia mogą się zmieniać z powodu tych wskazówek. Moje obecne projekty mają na celu zbadanie, czy cue powoduje, że cała pamięć zachowuje szczegóły, czy też mogą one utrwalać „istotę” pamięci i tracić zbędne szczegóły. Alternatywnie, TMR może pomóc zwiększyć wszystkie aspekty konsolidacji pamięci i pokazać koszty poznawcze tylko dla nieuzbrojonych przedmiotów.
Mamy przeczucia, a nowe projekty mające na celu rozwiązanie tych pytań pojawiają się cały czas. Ale wciąż jesteśmy na granicy zrozumienia śpiącego mózgu. W przypadku działań, które wykonujemy przez około jedną trzecią naszego życia, jest więcej pytań niż odpowiedzi. Może dziwny wujek Dorsey i jego kasety Poe właściwie przewidzieli przyszłość badań nad snem. 
