Et andet område, der har været genstand for megen forskning, er forholdet mellem søvn og indlæring eller hukommelse. Forskere ved med sikkerhed, at søvn er afgørende for indlæring – men hvilken fase af søvnen er vigtigst?
Finder indlæring sted i den lette REM-søvnfase eller i den dybe, ikke-REM-fase af søvnen? Hvordan koordinerer neuroner i forskellige hjerneområder på tværs af søvnstadier for at lette indlæring og hukommelseskonsolidering?
To undersøgelser, som Medical News Today rapporterede om, hjælper med at kaste lys over disse spørgsmål.
Søvn hjælper hjernen med at lære og forblive fleksibel
I den første undersøgelse manipulerede eksperimentatorerne med forsøgsdeltagernes dybe, ikke-REM-søvnfase efter at have bedt dem om at lære et nyt sæt bevægelser. Forskerne overvågede deltagernes hjerneaktivitet – specielt deres motoriske cortex – under hele undersøgelsen.
Holdet – ledet af schweiziske forskere – fandt, at en urolig dyb søvn resulterede i en synligt nedsat indlæringseffektivitet. Forskerne forklarede, at deres resultater hang sammen med hjernens synapser og deres rolle i læring.
Synapser er mikroskopiske forbindelser mellem neuroner, der sammen med hjernekemikalier, eller neurotransmittere, letter overførslen af elektriske impulser fra en neuron til en anden. I løbet af dagen tænder synapserne som reaktion på de stimuli, som hjernen modtager fra omgivelserne.
Men under søvnen går aktiviteten af disse synapser tilbage til det normale. Uden denne genopretningsperiode forbliver de ophidsede på deres højeste aktivitet i for lang tid.
Dette forstyrrer hjernens neuroplasticitet – det vil sige dens evne til at omlægge sig selv og skabe nye forbindelser mellem neuroner. Neuroplasticiteten gør det muligt for hjernen at “opsamle” nye færdigheder, ændre sig og tilpasse sig til omgivelsernes stimuli og i sidste ende lære nye ting.
Nicole Wenderoth, professor ved Institut for Sundhedsvidenskab og Teknologi ved ETH Zürich og medhovedforfatter, forklarer, hvad der skete i deres nye undersøgelse.
“I den stærkt ophidsede region i hjernen blev indlæringseffektiviteten mættet og kunne ikke længere ændres, hvilket hæmmede indlæringen af motoriske færdigheder.”
Så vidt forfatterne ved, var dette den første undersøgelse, der viste en årsagssammenhæng mellem den dybe fase af søvnen og indlæringseffektivitet. “Vi har udviklet en metode, der gør det muligt at reducere søvndybden i en bestemt del af hjernen og dermed bevise årsagssammenhængen mellem dyb søvn og indlæringseffektivitet”, siger medforfatter til undersøgelsen, professor Reto Huber.
Søvn hjælper os også med at aflære
Den anden undersøgelse, som MNT rapporterede om, kiggede på forskellige søvnstadier. Denne forskning viste imidlertid, at søvn ikke blot gør det muligt for hjernen at lære nye ting, men også at aflære.
Den oprindelige undersøgelse fra 2017 involverede en auditiv indlæringsopgave. Forskerne spillede lydsekvenser, mens deltagerne sov og var vågne.
De overvågede den elektriske aktivitet i hjernen hos de frivillige ved hjælp af et elektroencefalogram (EEG).
EEG’erne opfangede også søvnspindler, der opstod, når den sovende hjerne lærte nye lyde. Søvnspindler er spikes i oscillatorisk hjerneaktivitet, som tidligere forskning har forbundet med indlæring og hukommelseskonsolidering.
Efter hver søvnsession bad eksperimentatorerne deltagerne om at lytte igen til lydsekvenserne og genkende dem. De vurderede deres indlæringspræstationer ved hjælp af tests.
Med udgangspunkt i EEG-aflæsningerne undersøgte forskerne tre søvnfaser: REM-søvn, let ikke-REM-søvn og dyb ikke-REM-søvn.
Når deltagerne blev udsat for lydene under REM-søvn eller under let ikke-REM-søvn, var de bedre til at genkende dem, når de var vågne. Men når de blev udsat for de nye lyde under dyb non-REM-søvn, havde de sværere ved at genkende lydsekvensen under vågen tilstand.
Og mens “EEG-markører for indlæring blev let observeret i let søvn, var de markant fraværende i dyb søvn”, rapporterer forskerne.
Dertil kommer, og det er vigtigt, at deltagerne ikke blot havde svært ved at genkende de lyde, som forskerne havde spillet for dem i deres dybe non-REM-søvn, men at de også fandt det sværere at (gen)lære disse lyde sammenlignet med helt nye lyde.
Fundene tyder på, at dyb non-REM-søvn ikke så meget er til at lære nye ting, som det er til at undertrykke information.
” største overraskelse kom fra hjernens evne til at genlære. Det ser således ud til, at vi under søvn enten kan danne nye erindringer og lære eller gøre det omvendte: undertrykke erindringer og aflære.”
– Thomas Andrillon, studiets førsteforfatter
De føjer også til beviserne for, at dyb søvn hjælper med at opretholde neuroplasticiteten. Specifikt kan lys ikke-REM-søvn (fase 2) hjælpe med at ophidse synapser, mens dyb ikke-REM-søvn kan hjælpe dem med at slappe af eller “nedtrappe.”
“En sådan kontrast mellem lys og dyb søvn er i overensstemmelse med en kvalitativ forskel mellem disse to søvnstadier i forhold til neural plasticitet,” skriver forfatterne. “Ifølge dette synspunkt favoriserer lys søvn synaptisk potentiering, mens dyb søvn favoriserer synaptisk nedskalering.”
“Vi foreslår ikke nogen funktionel rolle for den undertrykkende effekt af information præsenteret under søvn,” tilføjer de. “Det synes snarere at være et uundgåeligt biprodukt af den synaptiske nedskalering, der er nødvendig for homeostatiske formål.”
Med andre ord kan dyb søvn hjælpe os med at aflære eller glemme, fordi glemsel er et naturligt biprodukt af bevarelse af neuroplasticitet; glemsel er et biprodukt af vores evne til at lære.
Søvnteorier forenes
Andrillon og kolleger forklarede også, at deres resultater er betydningsfulde, fordi de hjælper med at forene to tidligere modstridende skoler af tanker. Den ene ser søvnens primære funktion som indlæring og konsolidering af ny information. Den anden ser det som at kassere ubrugelig information for ikke at overvælde hjernen.
I takt med at forskerne indsamler flere og flere neurovidenskabelige beviser om, hvordan søvnen fungerer, bliver det tydeligt, at sådanne opdelinger og dikotomier generelt set måske ikke er den mest nyttige måde at se på søvn eller den rolle, som søvn spiller for indlæring.
For eksempel viser en undersøgelse, der blev offentliggjort så sent som i sidste måned, at REM- og non-REM-søvn arbejder sammen for at øge indlæringen.
Næsten, non-REM-søvn øger præstationen af nyerhvervede færdigheder ved at genskabe fleksibilitet og neuroplasticitet, mens REM-søvn stabiliserer disse forbedringer og forhindrer ny læring i at slette dem.
Den nye forskning tog udgangspunkt i den samme hypotese, som ovenstående undersøgelser synes at fremhæve – at søvn skal styrke synapserne og de neuronale forbindelser, der er skabt i løbet af dagen (for at størkne ny viden og forhindre, at den bliver overskrevet af ny information). Men den skal også “nedtrappe”, eller slappe af eller svække synapserne for at bevare deres fleksibilitet og hjernens neuroplasticitet.
Denne undersøgelse – ledet af Masako Tamaki fra Institut for kognitive, sproglige og psykologiske videnskaber ved Brown University i Providence, RI – omfattede en visuel indlæringsopgave. Forskerne gav en gruppe af deltagere to forskellige opgaver, en før søvn og en efter søvn. Den anden gruppe fik ikke nogen læringsopgaver.
Forskerne brugte MRI-scannere og elektroder, som de anbragte på deltagernes hoveder og øjenlåg. De brugte også magnetisk resonansspektroskopi til at måle de to hjernekemikalier, der er involveret i neuronal plasticitet (eller fleksibilitet af synapserne) og stabilisering.
Tamaki og holdet fandt, at neuroplasticiteten øgedes under ikke-REM-søvn. Dette havde sammenhæng med bedre indlæring og opgaveudførelse efter søvnen.
Under REM-søvn faldt deltagernes neurale plasticitet, hvilket korrelerede med stabilisering af det, de havde lært. Forskerne har den hypotese, at REM-søvn hjælper med at forhindre, at læring før søvnen bliver overskrevet af efterfølgende læring.
I modsætning til ikke-REM-søvn så forskerne kun det kraftige fald i plasticitet under REM-søvn blandt de frivillige, der havde en opgave at lære.
Med forskernes ord: “Den steg under NREM-søvn, uanset om der fandt læring sted før søvnen, men den var forbundet med præstationsgevinster efter søvnen i forhold til præstationen før søvnen. I modsætning hertil faldt den under REM-søvn, men kun efter træning før søvnen, og faldet var forbundet med stabilisering af læring før søvnen.”
“Disse resultater indikerer, at NREM-søvn fremmer plasticitet, hvilket fører til præstationsgevinster uafhængigt af læring, mens REM-søvn mindsker plasticitet for at stabilisere læring på en læringsspecifik måde.”
– Masako Tamaki et al.