Брауновский университет
ПРОВИДЕНС, Р.И., [Брауновский университет] – Какая из стадий сна более важна для обучения: быстрая или медленная? Действительно ли сон способствует обучению путём улучшения способностей во время поверхностного сна, или это происходит благодаря их закреплению в мозге, что уменьшает шансы их забыть? Этот процесс происходит каждый раз, когда человек спит, или только когда он узнал что-то новое?
Согласно новому исследованию визуального обучения, ответ на эти вопросы — «обе стадии».
«Сон хорош для многих процессов в теле и разуме, но дискуссия была о том, насколько хорош сон, — говорит автор-корреспондент Юка Сасаки, профессор когнитивных, лингвистических и психологических наук в Брауновском университете. — Вносят ли медленная и быстрая фазы различные вклады, или фаза сна не имеет значения? Мы полагаем, что у нас есть ответ на этот вопрос, так как мы видим явные различия в ролях медленной и быстрой фаз сна в обучении при помощи визуального восприятия».
В ходе исследования, опубликованного в журнале Nature Neuroscience 20 июля, молодые люди должны были идентифицировать букву и направление групп линий на текстурированном фоне перед сном и после. Пока участники спали, исследователи анализировали их мозговые волны, одновременно измеряя концентрацию двух разных химических соединений в мозге: возбуждающего нейромедиатора глутамата и ингибирующего нейромедиатора гамма-аминомасляной кислоты. Отдельно исследователи провели аналогичные тесты с участием людей, которые не выполняли задания по визуальному запоминанию.
Путём измерения соотношения этих двух химических соединений, от которых зависит баланс возбуждения и торможения нейропроцессов, исследователи могут оценивать состояние определенных областей мозга. Например, если в зоне мозга преобладают процессы возбуждения, то это означает, что местные нейроны активно формируют новые связи, и эта зона мозга имеет высокую степень пластичности.
Наоборот, когда преобладают процессы торможения, это говорит о том, что зона находится в состоянии стабилизации. В этом состоянии менее важные нейронные связи отсекаются, что повышает эффективность и устойчивость связей, которые остаются. Оба показателя - пластичность и стабилизация, - являются неотъемлемой частью процесса обучения. Пластичность обычно приводит к улучшению когнитивных функций, а стабилизация защищает важные знания от замещения новой информацией.
В новом исследовании учёные показали что процесс улучшения пластичности и стабилизация происходят на разных стадиях сна.
Во время медленного сна зрительные зоны мозга участников исследования показали такое соотношение процессов возбуждения и торможения, которое указывает на повышение пластичности. Такие же данные были получены от испытуемых, которые не участвовали в заданиях визуального обучения, что значит, что этот процесс происходит даже в отсутствие обучения.
В свою очередь, стадия быстрого сна необходима для того, чтобы воспользоваться преимуществами этой повышенной пластичности. Во время быстрого сна концентрация химических веществ в мозге участников свидетельствовала о том, что их зрительные зоны проходят стабилизацию. Этот процесс возникал только у испытуемых, которые участвовали в заданиях визуального обучения, что говорит о том, что, в отличие от процесса повышения пластичности, процесс стабилизации на протяжении сна происходит только при обучении.
Испытуемые, которые проходили только стадию медленного сна, не демонстрировали улучшений в обучении. Вероятно из-за того, что новая задача после сна создавала помехи в усвоении задачи, которая была до сна. Напротив, те испытуемые, кто проходил обе стадии сна, демонстрировали значимый прирост эффективности в изучении обоих заданий.
«Я надеюсь, это поможет людям осознать, что и медленная и быстрая фазы сна важны для обучения, — заявила Сасаки. — Когда люди спят ночью, проходит много циклов сна. Стадия быстрого сна возникает по меньшей мере три, четыре, пять раз, и особенно часто к концу ночи. Чем больше стадий быстрого сна мы проходим, тем надежнее происходит запоминание, поэтому не стоит сокращать общую длительность сна.».
В дальнейшем Сасаки и её коллеги хотели бы исследовать, являются ли полученные ими результаты аналогичными и для других типов обучения. Они также хотели бы совместить это исследование с их прошлыми исследованиями связи обучения путем визуального восприятия и системы вознаграждения (это совокупность структур нервной системы, участвующих в регулировании и контроле поведения при помощи положительных реакций на действия).
«Ранее мы выяснили, что система вознаграждения улучшает визуальное обучение во время сна, и мы хотим понять как это работает, — заявила она. — Это амбициозно, но, может быть, мы сможем применить это исследование к другим типам обучения. Так мы сможем лучше запоминать, развить моторное обучение, а также улучшить визуальные навыки и креативность».
Помимо профессора Юка Сасаки, авторами исследования являются Масако Тамаки, Чжиян Ван, Тайлер Барнс-Диана, Диэнн Го, Аарон В. Берард, Эдвард Уолш и Такео Ватанабэ, Брауновский Университет.
Исследование было проведено при поддержке Национальных институтов здравоохранения (R21EY028329, R01EY019466, R01EY027841, T32EY018080, T32MH115895 и BSF2016058). Часть исследования была проведена при поддержке Центра исследований зрения Бранувоского университета.
Перевод: Виктория Таланова.
Редактура: Александра Сахарова и Екатерина Хананова, автор блога "Анкотир: О науке и научных открытиях".
Дизайн: Ксения Брейтер.