Сон необходим для эффективного когнитивного функционирования. Потеря даже нескольких часов сна может оказывать негативное влияние на различные когнитивные функции, такие как внимание, речь, мышление, принятие решений, обучаемость и память.
В статье, опубликованной в журнале Frontiers in Systems Neuroscience и вошедшей в состав исследовательского топика Augmentation of Brain Function: Facts, Fiction and Controversy обсуждаются вопросы повышения потенциала сна и взаимосвязь с обучаемостью и памятью.
Как известно, сон способствует закреплению воспоминаний, которые были получены до момента засыпания. Согласно широко распространенной модели, благотворное влияние сна зависит от нейрональной реактивации воспоминаний во время сна, которая связана со специфическими колебаниями мозга (медленными волнами). Недавние исследования показали, что обработка памяти во время сна может быть усилена при помощи:
- отслеживания реактивации памяти во время сна;
- стимулирования специфических для сна колебаний мозга;
- фармакологического воздействия на специфические нейромедиаторные системы.
Отслеживание реактивации памяти во время сна
Реактивация памяти происходит не только спонтанно во время сна, но и может быть вызвана или усилена с помощью внешних напоминаний – процедуры, которая была названа «целевой реактивацией памяти» (targeted memory reactivation). В исследовании Rash et al. было показано, что воспоминания о местонахождении объектов могут быть реактивированы во время сна, если подвергнуть участников воздействию запахов, которые ранее были связаны с местоположениями изученных объектов. Последующие исследования показали, что вызванная запахом реактивация во время медленного сна не только усиливает воспоминания, но и превращает их в более стабильную форму, делая их устойчивыми к последующим помехам.
Запуск реактивации во время сна для улучшения производительности памяти работает не только с запахами, воздействие слуховыми стимулами также оказалось эффективным. Но у слуховых стимулов есть один важный недостаток – они могут потенциально нарушать режим сна.Еще одним важным моментом является то, что реактивация памяти во время сна может не только улучшить последующую продуктивность запоминания, но также и помочь забыть нежелательные воспоминания. При этом точные нейрофизиологические механизмы, лежащие в основе эффектов целенаправленной реактивации во время сна, изучены недостаточно.
Стимулирование колебаний мозга, специфичных для сна
По данным исследований, именно медленно-волновая фаза сна наиболее заметно вовлечена в процесс консолидации памяти. Медленные неокортикальные колебания с участием таламо-кортикальной области и гиппокампа являются отличительными признаками медленно-волнового сна.
Стимуляция медленных колебаний не только улучшает консолидацию ранее полученных воспоминаний, но также может усиливать последующее запоминание новой информации. Например, в исследовании Antonenko et al., когда субъекты спали с медленной стимуляцией колебаний, они могли выучить больше новых слов и картинок после сна, чем во время сна без стимуляции.
Фармакологическое воздействие на специфические нейтротрансмиттерные системы
Целый ряд различных нейромедиаторов и гормонов модулируют и влияют на формирование воспоминаний. Большинство этих нейромедиаторов и гормонов по-разному регулируются во время сна и бодрствования. Во время медленно-волновой фазы сна, в частности, снижается уровень ацетилхолина, норадреналина и кортизола, а также отчетливо увеличивается концентрация гормона роста по сравнению с периодами бодрствования. Другие нейромедиаторов, такие как глутамат, дофамин и ГАМК, также демонстрируют изменения концентрации в течение цикла сна-бодрствования. Точные механизмы, лежащие в основе специфической роли нейромедиаторов в обработке памяти во время сна, не совсем понятны.
Например, было обнаружено, что несколько нейромедиаторов пригодны для улучшения памяти во время сна. Увеличение доступности норадреналина во время сна с помощью ингибитора обратного захвата норадреналина ребоксетина повышает продуктивность в задаче на распознавание запахов. В другом исследовании влияние норадреналина подтвердилось и в сфере процедурной памяти.
Усиление глутаматергической нейтротрансмиссии во время сна также способствует консолидации ранее приобретенных воспоминаний. Похожие эффекты были обнаружены и в исследованиях роли дофамина, ГАМК, ацетилхолина.
В целом, исследования воздействия на нейромедиаторные системы и улучшения памяти во время сна показали противоречивые результаты. В настоящее время эти выводы следует интерпретировать с осторожностью.
В завершение статьи авторы обсуждают различные методологические предостережения и этические вопросы, которые следует учитывать при рассмотрении темы использования сна для улучшения когнитивных функций в повседневных приложениях. Данное направление является еще молодой и развивающейся областью исследований.
Текст: Мария Богданова