Un alt domeniu care a fost în centrul multor cercetări este relația dintre somn și învățare sau formarea memoriei. Oamenii de știință știu cu certitudine că somnul este crucial pentru învățare – dar care etapă a somnului este mai importantă?
Învățarea are loc în faza ușoară a somnului REM sau în faza profundă, non-REM a somnului? Cum se coordonează neuronii din diferite zone ale creierului de-a lungul etapelor de somn pentru a facilita învățarea și consolidarea memoriei?
Două studii despre care Medical News Today a relatat ajută să facă lumină asupra acestor întrebări.
Somnul ajută creierul să învețe și să rămână flexibil
În primul studiu, experimentatorii au modificat faza de somn profund, non-REM, a participanților la studiu, după ce le-au cerut să învețe un nou set de mișcări. Oamenii de știință au monitorizat activitatea cerebrală a participanților – mai exact a cortexului lor motor – pe tot parcursul studiului.
Echipa – condusă de oameni de știință din Elveția – a descoperit că un somn profund agitat a dus la o eficiență de învățare vizibil redusă. Cercetătorii’ au explicat că rezultatele lor s-au bazat pe sinapsele creierului și pe rolul lor în învățare.
Sinapsele sunt conexiuni microscopice între neuroni care, împreună cu substanțele chimice din creier, sau neurotransmițători, facilitează trecerea impulsurilor electrice de la un neuron la altul. În timpul zilei, sinapsele se activează ca răspuns la stimulii pe care creierul îi primește din mediul înconjurător.
Dar, în timpul somnului, activitatea acestor sinapse revine la normal. Fără această perioadă de refacere, ele rămân excitate la activitatea lor maximă pentru prea mult timp.
Acest lucru interferează cu neuroplasticitatea creierului – adică abilitatea sa de a se re-cabla și de a crea noi conexiuni între neuroni. Neuroplasticitatea permite creierului să „preia” noi abilități, să se schimbe și să se adapteze la stimulii din mediul înconjurător și, în cele din urmă, să învețe lucruri noi.
Nicole Wenderoth, profesor în cadrul Departamentului de Științe și Tehnologie a Sănătății de la ETH Zurich, și co-autor principal, explică ce s-a întâmplat în noul lor studiu.
„În regiunea puternic excitată a creierului, eficiența învățării a fost saturată și nu a mai putut fi modificată, ceea ce a inhibat învățarea abilităților motorii.”
Din câte știu autorii, acesta a fost primul studiu care a arătat o relație de cauzalitate între faza profundă a somnului și eficiența învățării. „Am dezvoltat o metodă care ne permite să reducem profunzimea somnului într-o anumită parte a creierului și, prin urmare, să dovedim legătura cauzală dintre somnul profund și eficiența învățării”, spune Prof. Reto Huber, coautor al studiului.
Sleep also helps us unlearn
Cel de-al doilea studiu despre care MNT a relatat a analizat diferite stadii ale somnului. Cu toate acestea, această cercetare a arătat că somnul nu permite doar creierului să învețe lucruri noi, ci și să deprindă.
Studiul original din 2017 a implicat o sarcină de învățare auditivă. Cercetătorii au redat secvențe sonore în timp ce participanții dormeau și erau treji.
Ei au monitorizat activitatea electrică cerebrală a voluntarilor folosind o electroencefalogramă (EEG).
EEG-urile au captat, de asemenea, fusurile de somn care au apărut atunci când creierul adormit a învățat sunete noi. Fusurile de somn sunt vârfuri în activitatea cerebrală oscilatorie pe care cercetările anterioare le-au asociat cu învățarea și consolidarea memoriei.
După fiecare sesiune de somn, experimentatorii le-au cerut participanților să reasculte secvențele de sunete și să le recunoască. Ei au evaluat performanța lor de învățare prin teste.
Utilizând citirile EEG, cercetătorii au examinat trei faze de somn: somnul REM, somnul non-REM ușor și somnul non-REM profund.
Când au fost expuși la sunete în timpul somnului REM sau în timpul somnului non-REM ușor, participanții au fost mai buni la recunoașterea lor atunci când erau treji. Dar, atunci când au fost expuși la noile sunete în timpul somnului non-REM profund, le-a fost mai greu să recunoască secvența de sunete în timpul stării de veghe.
De asemenea, în timp ce „markerii EEG de învățare au fost observați cu ușurință în somnul ușor, aceștia au fost în mod evident absenți în somnul profund”, raportează oamenii de știință.
În plus, și mai important, nu numai că participanților le-a fost greu să recunoască sunetele pe care cercetătorii le-au redat în somnul profund non-REM, dar, de asemenea, le-a fost mai dificil să (re)învețe aceste sunete, în comparație cu sunetele complet noi.
Constatările sugerează că somnul non-REM profund nu este atât de mult pentru a învăța lucruri noi, cât pentru a suprima informațiile.
” cea mai mare surpriză a venit de la capacitatea creierului de a deprinde. Astfel, se pare că, în timpul somnului, putem fie să ne formăm noi amintiri, să învățăm, fie să facem invers: să suprimăm amintirile și să deprindem.”
– Thomas Andrillon, primul autor al studiului
De asemenea, ele se adaugă la dovezile că somnul profund ajută la menținerea neuroplasticității. Mai exact, somnul non-REM ușor (stadiul 2) poate ajuta la excitarea sinapselor, în timp ce somnul non-REM profund le poate ajuta să se relaxeze, sau să „scadă”.”
„Un astfel de contrast între somnul ușor și cel profund este în concordanță cu o distincție calitativă între aceste două stadii de somn în legătură cu plasticitatea neuronală”, scriu autorii. „Conform acestui punct de vedere, somnul ușor favorizează potențarea sinaptică, în timp ce somnul profund favorizează downscaling-ul sinaptic.”
„Nu sugerăm niciun rol funcțional pentru efectul supresiv al informațiilor prezentate în timpul somnului”, adaugă ei. „Mai degrabă, pare a fi un produs secundar inevitabil al reducerii sinaptice necesare în scopuri homeostatice.”
Cu alte cuvinte, somnul adânc ne poate ajuta să deprindem sau să uităm, deoarece uitarea este un produs secundar natural al păstrării neuroplasticității; uitarea este un produs secundar al capacității noastre de a învăța.
Unificarea teoriilor despre somn
Andrillon și colegii săi au explicat, de asemenea, că descoperirile lor sunt semnificative pentru că ajută la unificarea a două școli de gândire anterior contradictorii. Una dintre ele consideră că funcția principală a somnului este învățarea și consolidarea de noi informații. Cealaltă o vede ca pe aceea de a elimina informațiile inutile pentru a nu copleși creierul.
Pe măsură ce oamenii de știință adună din ce în ce mai multe dovezi neuroștiințifice despre modul în care funcționează somnul, devine evident că, în general, astfel de diviziuni și dihotomii nu sunt poate cel mai util mod de a privi somnul sau rolul pe care îl are somnul în învățare.
De exemplu, un studiu publicat chiar luna trecută arată că somnul REM și non-REM lucrează împreună pentru a stimula învățarea.
Numai exact, somnul non-REM stimulează performanța abilităților nou dobândite prin restabilirea flexibilității și a neuroplasticității, în timp ce somnul REM stabilizează aceste îmbunătățiri și previne ca o nouă învățare să le șteargă.
Noua cercetare a pornit de la aceeași ipoteză pe care studiile de mai sus par să o evidențieze – că somnul trebuie să întărească sinapsele și conexiunile neuronale create în timpul zilei (pentru a solidifica noile cunoștințe și a preveni ca acestea să fie suprascrise de noi informații). Cu toate acestea, trebuie, de asemenea, să „reducă”, adică să relaxeze sau să slăbească, sinapsele pentru a păstra flexibilitatea acestora și neuroplasticitatea creierului.
Acest studiu – condus de Masako Tamaki, de la Departamentul de Științe Cognitive, Lingvistice și Psihologice de la Universitatea Brown din Providence, RI – a implicat o sarcină de învățare vizuală. Cercetătorii au atribuit unui grup de participanți două sarcini diferite, una înainte de somn și una după somn. Celălalt grup nu a primit nicio sarcină de învățare.
Cercetătorii au folosit scanere RMN și electrozi pe care i-au aplicat pe capul și pleoapele participanților. Ei au folosit, de asemenea, spectroscopia prin rezonanță magnetică pentru a măsura cele două substanțe chimice din creier implicate în plasticitatea neuronală (sau flexibilitatea sinapselor) și stabilizarea.
Tamaki și echipa au descoperit că neuroplasticitatea a crescut în timpul somnului non-REM. Aceasta a avut asocieri cu o mai bună învățare și performanță a sarcinilor după somn.
În timpul somnului REM, plasticitatea neuronală a participanților a scăzut, ceea ce s-a corelat cu stabilizarea a ceea ce au învățat. Cercetătorii au emis ipoteza că somnul REM ajută la împiedicarea învățării înainte de somn de a fi suprascrisă de învățarea ulterioară.
Dincolo de somnul non-REM, cercetătorii au observat scăderea bruscă a plasticității în timpul somnului REM doar în rândul voluntarilor care aveau de învățat o sarcină.
În cuvintele cercetătorilor: „A crescut în timpul somnului NREM, indiferent dacă a avut loc sau nu învățarea înainte de somn, dar a fost asociată cu câștiguri de performanță după somn în raport cu performanța de dinainte de somn. În schimb, the a scăzut în timpul somnului REM, dar numai după antrenamentul pre-somn, iar scăderea a fost asociată cu stabilizarea învățării pre-somn”.
„Aceste constatări indică faptul că somnul NREM promovează plasticitatea, ducând la câștiguri de performanță independente de învățare, în timp ce somnul REM scade plasticitatea pentru a stabiliza învățarea într-o manieră specifică învățării.”
– Masako Tamaki et al.
.