Další oblastí, která je předmětem mnoha výzkumů, je vztah mezi spánkem a učením nebo tvorbou paměti. Vědci s jistotou vědí, že spánek je pro učení klíčový – ale která fáze spánku je důležitější?
Dochází k učení v lehké fázi spánku REM nebo v hluboké fázi spánku, která není REM? Jak se neurony v různých oblastech mozku koordinují v různých fázích spánku, aby usnadnily učení a upevňování paměti?
Dvě studie, o nichž informoval Medical News Today, pomáhají tyto otázky objasnit.
Spánek pomáhá mozku učit se a zůstat flexibilní
V první studii experimentátoři manipulovali s hlubokou, non-REM fází spánku účastníků studie poté, co je požádali, aby se naučili novou sadu pohybů. Vědci po celou dobu studie sledovali mozkovou aktivitu účastníků – konkrétně jejich motorickou kůru
Tým – vedený švýcarskými vědci – zjistil, že neklidný hluboký spánek měl za následek viditelně sníženou efektivitu učení. Vědci‘ vysvětlili, že jejich výsledky závisely na mozkových synapsích a jejich roli v učení.
Synapsy jsou mikroskopická spojení mezi neurony, která spolu s chemickými látkami v mozku neboli neurotransmitery usnadňují přenos elektrických impulzů z jednoho neuronu do druhého. Během dne se synapse zapínají v reakci na podněty, které mozek dostává z okolí.
Během spánku se však aktivita těchto synapsí vrací do normálu. Bez této regenerační periody zůstávají příliš dlouho vzrušené při své maximální aktivitě.
To narušuje neuroplasticitu mozku – tedy jeho schopnost znovu se zapojovat a vytvářet nová spojení mezi neurony. Neuroplasticita umožňuje mozku „osvojovat si“ nové dovednosti, měnit a přizpůsobovat se podnětům z okolí a nakonec se učit novým věcem.
Nicole Wenderothová, profesorka na katedře zdravotnických věd a technologií na ETH v Curychu a spoluautorka vysvětluje, k čemu došlo v jejich nové studii.
„V silně excitované oblasti mozku byla efektivita učení nasycena a nemohla se již měnit, což bránilo učení motorických dovedností.“
Pokud je autorům známo, jedná se o první studii, která prokázala příčinnou souvislost mezi hlubokou fází spánku a efektivitou učení. „Vyvinuli jsme metodu, která nám umožňuje snížit hloubku spánku v určité části mozku a prokázat tak příčinnou souvislost mezi hlubokým spánkem a efektivitou učení,“ říká spoluautor studie profesor Reto Huber.
Spánek nám také pomáhá odnaučovat se
Druhá studie, o které MNT informovala, se zabývala různými fázemi spánku. Tento výzkum však ukázal, že spánek neumožňuje mozku pouze učit se novým věcem, ale také se odnaučovat.
Původní studie z roku 2017 zahrnovala úlohu sluchového učení. Výzkumníci přehrávali zvukové sekvence, zatímco účastníci spali a bděli.
Sledovali elektrickou aktivitu mozku dobrovolníků pomocí elektroencefalogramu (EEG).
EEG také zachycovalo spánková vřetena, ke kterým docházelo, když se spící mozek učil nové zvuky. Spánková vřeténka jsou hroty v oscilační mozkové aktivitě, které předchozí výzkumy spojovaly s učením a upevňováním paměti.
Po každém spánkovém sezení experimentátoři požádali účastníky, aby si znovu poslechli zvukové sekvence a rozpoznali je. Jejich výkon při učení hodnotili pomocí testů.
Na základě údajů z EEG vědci zkoumali tři fáze spánku:
Pokud byli účastníci vystaveni zvukům během REM spánku nebo během lehkého non-REM spánku, dokázali je lépe rozpoznat, když byli vzhůru. Když však byli vystaveni novým zvukům během hlubokého non-REM spánku, hůře rozpoznávali sekvence zvuků během bdělosti.
Také zatímco „EEG markery učení byly snadno pozorovatelné v lehkém spánku, v hlubokém spánku výrazně chyběly,“ uvádějí vědci.
Dále, a to je důležité, nejenže bylo pro účastníky obtížné rozpoznat zvuky, které jim výzkumníci přehráli v hlubokém non-REM spánku, ale také bylo pro ně obtížnější se tyto zvuky (znovu) naučit ve srovnání se zcela novými zvuky.
Zjištění naznačují, že hluboký non-REM spánek neslouží ani tak k učení nových věcí, jako spíše k potlačení informací.
„Největší překvapení přinesla schopnost mozku odnaučovat se. Zdá se tedy, že během spánku můžeme buď vytvářet nové vzpomínky, učit se, nebo postupovat opačně: potlačovat vzpomínky a odnaučovat se.“
– Thomas Andrillon, první autor studie
Také doplňují důkazy o tom, že hluboký spánek pomáhá udržovat neuroplasticitu. Konkrétně lehký non-REM spánek (fáze 2) může napomáhat excitaci synapsí, zatímco hluboký non-REM spánek je může pomáhat uvolňovat neboli „snižovat“
„Takový kontrast mezi lehkým a hlubokým spánkem je v souladu s kvalitativním rozdílem mezi těmito dvěma fázemi spánku ve vztahu k nervové plasticitě,“ píší autoři. „Podle tohoto názoru lehký spánek upřednostňuje synaptickou potenciaci, zatímco hluboký spánek upřednostňuje synaptický downscaling.“
„Nenaznačujeme žádnou funkční roli potlačujícího účinku informací prezentovaných během spánku,“ dodávají. „Spíše se zdá, že jde o nevyhnutelný vedlejší produkt synaptického downscalingu potřebného pro homeostatické účely.“
Jinými slovy, hluboký spánek nám může pomoci odnaučit se nebo zapomenout, protože zapomínání je přirozeným vedlejším produktem zachování neuroplasticity; zapomínání je vedlejším produktem naší schopnosti učit se.
Sjednocení teorií spánku
Andrillon a jeho kolegové také vysvětlili, že jejich zjištění jsou významná, protože pomáhají sjednotit dvě dříve protichůdné myšlenkové školy. Jedna z nich vidí hlavní funkci spánku v učení a upevňování nových informací. Druhá ho vidí jako vyřazování nepotřebných informací, aby nedošlo k zahlcení mozku.
S tím, jak vědci shromažďují stále více neurovědeckých důkazů o tom, jak spánek funguje, je zřejmé, že celkově takové dělení a dichotomie asi nejsou nejužitečnějším způsobem, jak nahlížet na spánek nebo na roli, kterou má spánek při učení.
Například studie publikovaná teprve minulý měsíc ukazuje, že spánek REM a spánek mimo REM spolupracují a podporují učení.
Jmenovitě spánek non-REM zvyšuje výkonnost nově získaných dovedností tím, že obnovuje flexibilitu a neuroplasticitu, zatímco spánek REM tato zlepšení stabilizuje a zabraňuje tomu, aby je nové učení vymazalo.
Nový výzkum vycházel ze stejné hypotézy, kterou zřejmě zdůrazňují výše uvedené studie – spánek musí posílit synapse a neuronální spojení vytvořené během dne (aby upevnil nové znalosti a zabránil jejich přepsání novými informacemi). Zároveň však musí synapse „snižovat“, tedy uvolňovat či oslabovat, aby byla zachována jejich flexibilita a neuroplasticita mozku.
Tato studie – vedená Masako Tamaki z katedry kognitivních, lingvistických a psychologických věd na Brownově univerzitě v Providence, RI – zahrnovala úlohu vizuálního učení. Výzkumníci zadali jedné skupině účastníků dvě různé úlohy, jednu před spánkem a druhou po spánku. Druhá skupina nedostala žádné učební úlohy.
Vědci použili skenery MRI a elektrody, které přiložili účastníkům na hlavu a oční víčka. Použili také spektroskopii magnetické rezonance k měření dvou chemických látek v mozku, které se podílejí na nervové plasticitě (neboli pružnosti synapsí) a stabilizaci.
Tamaki a tým zjistili, že neuroplasticita se během non-REM spánku zvýšila. To mělo souvislost s lepším učením a plněním úkolů po spánku.
Během spánku REM nervová plasticita účastníků klesla, což souviselo se stabilizací toho, co se naučili. Vědci předpokládají, že spánek REM pomáhá zabránit tomu, aby učení před spánkem bylo přepsáno následným učením.
Na rozdíl od spánku mimo REM zaznamenali vědci prudký pokles plasticity během spánku REM pouze u dobrovolníků s úkolem, který se měli naučit.
Podle slov vědců: „Zvýšila se během NREM spánku bez ohledu na to, zda došlo k učení před spánkem, ale byla spojena se zvýšením výkonu po spánku ve srovnání s výkonem před spánkem. Naopak během spánku REM se snížil, ale pouze po tréninku před spánkem, a tento pokles byl spojen se stabilizací učení před spánkem“.
„Tato zjištění naznačují, že spánek NREM podporuje plasticitu, což vede k nárůstu výkonnosti nezávisle na učení, zatímco spánek REM snižuje plasticitu, aby stabilizoval učení specifickým způsobem.“
– Masako Tamaki a kol.
.