Innym obszarem, na którym skupiło się wiele badań, jest związek między snem a uczeniem się lub tworzeniem pamięci. Naukowcy wiedzą na pewno, że sen jest kluczowy dla uczenia się – ale który etap snu jest ważniejszy?
Czy uczenie się zachodzi w fazie lekkiego snu REM, czy w głębokiej, nie-REM fazie snu? W jaki sposób neurony w różnych obszarach mózgu koordynują swoje działanie na różnych etapach snu, aby ułatwić uczenie się i konsolidację pamięci?
Dwa badania, o których poinformował portal Medical News Today, pomagają rzucić światło na te pytania.
Sen pomaga mózgowi uczyć się i pozostać elastycznym
W pierwszym badaniu eksperymentatorzy manipulowali głębokim, nie-REM etapem snu uczestników badania po poproszeniu ich o nauczenie się nowego zestawu ruchów. Naukowcy monitorowali aktywność mózgu uczestników – a konkretnie ich kory motorycznej – przez cały czas trwania badania.
Zespół – kierowany przez szwajcarskich naukowców – odkrył, że niespokojny głęboki sen skutkował widocznie obniżoną efektywnością uczenia się. Naukowcy wyjaśnili, że ich wyniki opierają się na synapsach w mózgu i ich roli w uczeniu się.
Synapsy to mikroskopijne połączenia między neuronami, które wraz z substancjami chemicznymi mózgu, czyli neuroprzekaźnikami, ułatwiają przekazywanie impulsów elektrycznych z jednego neuronu do drugiego. W ciągu dnia synapsy włączają się w odpowiedzi na bodźce, które mózg otrzymuje ze środowiska.
Ale podczas snu aktywność tych synaps wraca do normy. Bez tego okresu regeneracyjnego, pozostają one pobudzone przy swojej szczytowej aktywności zbyt długo.
To zakłóca neuroplastyczność mózgu – czyli jego zdolność do ponownego okablowania się i tworzenia nowych połączeń między neuronami. Neuroplastyczność pozwala mózgowi „podnosić” nowe umiejętności, zmieniać i dostosowywać się do bodźców środowiskowych, a w końcu uczyć się nowych rzeczy.
Nicole Wenderoth, profesor na Wydziale Nauk o Zdrowiu i Technologii w ETH Zurich, oraz współautorka pracy wyjaśnia, co wydarzyło się w ich nowym badaniu.
„W silnie pobudzonym regionie mózgu, wydajność uczenia się została nasycona i nie mogła być już zmieniona, co hamowało uczenie się umiejętności motorycznych.”
Według wiedzy autorów było to pierwsze badanie, które wykazało związek przyczynowy pomiędzy głęboką fazą snu a efektywnością uczenia się. „Opracowaliśmy metodę, która pozwala nam zmniejszyć głębokość snu w pewnej części mózgu i tym samym udowodnić związek przyczynowy między głęboką fazą snu a efektywnością uczenia się” – mówi współautor badania prof. Reto Huber.
Sleep also helps us unlearn
Drugie badanie, o którym donosi MNT, dotyczyło różnych faz snu. Jednak to badanie wykazało, że sen nie tylko umożliwia mózgowi uczenie się nowych rzeczy, ale także oduczanie się.
Oryginalne badanie z 2017 roku obejmowało słuchowe zadanie uczenia się. Badacze odtwarzali sekwencje dźwięków, podczas gdy uczestnicy byli śpiący i obudzeni.
Monitorowali aktywność elektryczną mózgu ochotników za pomocą elektroencefalogramu (EEG).
EEGs również uchwycił wrzeciona snu, które wystąpiły, gdy śpiący mózg nauczył się nowych dźwięków. Wrzeciona snu są kolce w aktywności oscylacyjnej mózgu, że poprzednie badania związane z uczenia się i konsolidacji pamięci.
Po każdej sesji snu, eksperymentatorzy poprosił uczestników, aby ponownie słuchać sekwencji dźwięków i rozpoznać je. Ocenili ich wydajność uczenia się za pomocą testów.
Używając odczytów EEG, naukowcy zbadali trzy fazy snu: sen REM, lekki sen non-REM i głęboki sen non-REM.
Gdy wystawiono na działanie dźwięków podczas snu REM lub podczas lekkiego snu non-REM, uczestnicy byli lepsi w rozpoznawaniu ich po przebudzeniu. Ale, gdy wystawieni na nowe dźwięki podczas głębokiego snu non-REM, mieli trudniejszy czas na rozpoznanie sekwencji dźwięków podczas czuwania.
Również, podczas gdy „markery EEG uczenia się były łatwo obserwowane w lekkim śnie, były one wyraźnie nieobecne w głębokim śnie”, donoszą naukowcy.
Co więcej, i co ważne, nie tylko trudno było uczestnikom rozpoznać dźwięki, które badacze odtwarzali im w głębokim śnie non-REM, ale również trudniej było im się (ponownie) nauczyć tych dźwięków, w porównaniu z zupełnie nowymi dźwiękami.
Odkrycia sugerują, że głęboki sen non-REM nie jest tak bardzo do nauki nowych rzeczy, jak to jest do tłumienia informacji.
” największa niespodzianka pochodziła ze zdolności mózgu do nieuczenia się. Tak więc wydaje się, że podczas snu możemy albo tworzyć nowe wspomnienia, uczyć się, albo robić coś odwrotnego: tłumić wspomnienia i nie uczyć się.”
– Thomas Andrillon, pierwszy autor badania
Dodają również do dowodów na to, że głęboki sen pomaga utrzymać neuroplastyczność. W szczególności, lekki sen non-REM (etap 2) może pomóc pobudzić synapsy, podczas gdy głęboki sen non-REM może pomóc im się zrelaksować, lub „zmniejszyć skalę.”
„Taki kontrast między lekkim i głębokim snem jest zgodny z jakościowym rozróżnieniem między tymi dwoma etapami snu w odniesieniu do plastyczności neuronalnej”, piszą autorzy. „Zgodnie z tym poglądem, lekki sen sprzyja potencjalizacji synaptycznej, podczas gdy głęboki sen sprzyja synaptycznemu downscalingowi”.
„Nie sugerujemy żadnej funkcjonalnej roli dla tłumiącego efektu informacji prezentowanych podczas snu,” dodają. „Raczej, to wydaje się nieuniknionym produktem ubocznym synaptycznego downscaling potrzebnego dla celów homeostatycznych.”
Innymi słowy, głęboki sen może pomóc nam oduczyć się lub zapomnieć, ponieważ zapominanie jest naturalnym produktem ubocznym zachowania neuroplastyczności; zapominanie jest produktem ubocznym naszej zdolności do uczenia się.
Unifikacja teorii snu
Andrillon i współpracownicy wyjaśnili również, że ich ustalenia są istotne, ponieważ pomagają ujednolicić dwie wcześniej sprzeczne szkoły myślenia. Jedna z nich uważa, że podstawową funkcją snu jest uczenie się i utrwalanie nowych informacji. Druga natomiast postrzega go jako pozbywanie się bezużytecznych informacji, aby nie przeciążać mózgu.
Jak naukowcy gromadzą coraz więcej dowodów neuronaukowych na temat działania snu, staje się jasne, że ogólnie rzecz biorąc, takie podziały i dychotomie nie są być może najbardziej użytecznym sposobem patrzenia na sen lub rolę, jaką sen odgrywa w uczeniu się.
Na przykład badanie opublikowane zaledwie w zeszłym miesiącu pokazuje, że sen REM i sen nie-REM współpracują ze sobą w celu zwiększenia zdolności uczenia się.
Nowe badania rozpoczęły się od tej samej hipotezy, którą powyższe badania wydają się podkreślać – że sen musi wzmocnić synapsy i połączenia neuronalne utworzone w ciągu dnia (aby ugruntować nową wiedzę i zapobiec jej nadpisaniu przez nowe informacje). Jednakże, musi on również „zmniejszać”, czyli rozluźniać lub osłabiać synapsy, aby zachować ich elastyczność i neuroplastyczność mózgu.
Badanie to – prowadzone przez Masako Tamaki, z Wydziału Nauk Kognitywnych, Lingwistycznych i Psychologicznych na Uniwersytecie Browna w Providence, RI – obejmowało wizualne zadanie uczenia się. Naukowcy przydzielili jednej grupie uczestników dwa różne zadania, jedno przed snem i jedno po śnie. Druga grupa nie otrzymała żadnych zadań związanych z uczeniem się.
Naukowcy użyli skanerów MRI i elektrod, które zastosowali na głowach i powiekach uczestników. Użyli również spektroskopii rezonansu magnetycznego do pomiaru dwóch substancji chemicznych mózgu zaangażowanych w plastyczność neuronalną (lub elastyczność synaps) i stabilizację.
Tamaki i zespół stwierdzili, że neuroplastyczność wzrosła podczas snu non-REM. Miało to związek z lepszym uczeniem się i wykonywaniem zadań po śnie.
Podczas snu REM plastyczność neuronalna uczestników spadła, co korelowało ze stabilizacją tego, czego się nauczyli. Badacze stawiają hipotezę, że sen REM pomaga zapobiegać nadpisywaniu uczenia się przed snem przez późniejsze uczenie się.
W przeciwieństwie do snu non-REM, badacze zaobserwowali ostry spadek plastyczności podczas snu REM tylko wśród ochotników z zadaniem do nauczenia się.
W słowach badaczy: „Plastyczność wzrosła podczas snu NREM niezależnie od tego, czy wystąpiło uczenie się przed snem, ale była związana z przyrostem wydajności po śnie w stosunku do wydajności przed snem. W przeciwieństwie do tego, obniżył się podczas snu REM, ale tylko po treningu przed snem, a spadek ten był związany ze stabilizacją uczenia się przed snem.”
„Wyniki te wskazują, że sen NREM promuje plastyczność, prowadząc do wzrostu wydajności niezależnie od uczenia się, podczas gdy sen REM zmniejsza plastyczność, aby ustabilizować uczenie się w sposób specyficzny dla uczenia się.”
– Masako Tamaki et al.
.