Зачем мы спим

В издательстве «Азбука-Аттикус» вышла книга Мэттью Уолкера «Зачем мы спим. Новая наука о сне и сновидениях». Автор книги – профессор нейробиологии и психологии Калифорнийского университета в Беркли, основатель и руководитель Центра исследований человеческого сна (Center for Human Sleep Science), ранее работал в Гарвардской медицинской школе. Основная область его интересов – влияние сна на здоровье и болезни человека. Мэттью Уолкер опубликовал более сотни научных статей, вышедшая в 2017 году «Зачем мы спим» стала его первой научно-популярной книгой.

С разрешения издательства мы публикуем фрагмент книги, где Мэттью Уолкер рассказывает о некоторых методах исследования сна.

Очевидная сложность тестирования спящего мозга — в том, что… он спит. Спящие люди не могут принимать участие в компьютерных тестах или проявлять нужные реакции, то есть следовать требованиям ученых-когнитивистов, которые оценивают работу мозга. Исключение — осознанные сны, к которым мы обратимся в финале этой главы и о которых сомнологам оставалось только мечтать, работая с остальными типами сновидений. Мы вынужденно ограничиваемся тем, что пассивно наблюдаем за активностью мозга во время сна, не имея возможности организовать выполнение тестов среди спящих участников эксперимента. Мы проводим тестирование до и после сна и на следующий день пытаемся определить, зависят ли от фаз сна или сновидений какие-либо заметные улучшения.

Мы с Робертом Стикголдом, моим коллегой из Гарвардской медицинской школы, разработали способ решения этой проблемы, пусть даже косвенный и несовершенный. В главе 7 я описывал явление инерции сна — переход мозга из сонного состояния в бодрствующее в первые минуты после пробуждения. Мы задались вопросом, можно ли использовать этот короткий отрезок инерции сна на пользу нашему эксперименту. Для этого мы решили будить волонтеров для тестирования не утром, а ночью, на разных этапах быстрого и медленного сна.

Резкие изменения мозговой активности во время медленного и быстрого сна и приливы-отливы нейрохимических концентраций не дают мгновенного заднего хода сразу после пробуждения. В течение нескольких минут нейронные и химические свойства данной стадии сна сохраняются, создавая период инерции, который отделяет сон от истинного бодрствования. При вынужденном пробуждении нейрофизиология мозга начинает функционировать в режиме, больше напоминающем режим сна, чем бодрствования, но с каждой минутой концентрация нейрохимической составляющей той фазы сна, во время которой человека разбудили, станет ослабевать, пока в действие не вступит полноценное бодрствование.

Ограничив продолжительность выполняемого когнитивного теста полутора минутами, мы поняли, что можем разбудить участников и очень быстро проверить их как раз в этот переходный момент. Таким образом мы, вероятно, могли бы захватить некоторые из характеристик той фазы сна, во время которой участника разбудили. Это было похоже на анализ паров испаряющегося вещества, который позволил бы определить свойства самого вещества.

И все получилось. Мы придумали задание с анаграммами, где буквы реальных слов были перемешаны. Каждое слово состояло из пяти букв, и загадка имела только одно правильное решение (например, «OSEOG» = «GOOSE»). В течение нескольких секунд участникам показывали анаграмму и тут же, прежде чем время истекало, предлагали дать решение, если оно у них было, а затем следующая анаграмма появлялась на экране. Каждый этап тестирования продолжался всего девяносто секунд, и, конечно же, мы записывали, сколько верных ответов дал каждый участник опыта по ходу этого короткого периода инерции сна. Затем испытуемые вновь засыпали.

Участникам исследования заранее объяснили схему эксперимента, еще до того, как они, увешанные электродами, ложились спать в лаборатории сна. Сидя за монитором в соседней комнате, я с помощью этих электродов мог наблюдать за их сном в режиме реального времени. Кроме того, перед тем как участники засыпали, мы показывали им несколько примеров задания, которое их ожидало, чтобы они поняли его принцип и не восприняли его как что-то незнакомое. Заснувших волонтеров я будил четырежды в течение ночи: дважды во время фазы медленного сна, неглубокого и поздно ночью и также дважды во время фазы быстрого сна.

Просыпаясь в фазе медленного сна, испытуемые не проявляли особого творческого энтузиазма и решали всего по нескольку загадок с анаграммами. Но когда я будил их в фазе быстрого сна в стадии сновидений, дело обстояло иначе. Способность к решению задач просто взлетала, и участники решали на 15–35 % больше загадок, чем в первом случае или даже во время бодрствования!

Более того, после выхода из фазы быстрого сна резко сократилось время нахождения решений, как сказал один из участников эксперимента: «Решения просто выскакивали». Решения, казалось, требовали меньше усилий, когда мозг купался во флюидах сна со сновидениями, и приходили гораздо быстрее после пробуждения в фазе быстрого сна, по сравнению с долгим обдумыванием при выходе из медленного сна или бодрствованием. Сохраняющиеся пары быстрого сна обеспечивали более подвижную и широкомасштабную информационную обработку.

Используя тот же самый экспериментальный метод пробуждения, Стикголд провел еще один интересный тест, который подтвердил, что мозг в период сновидений в фазе быстрого сна функционирует абсолютно иначе, когда дело касается работы творческой памяти. Он выяснил, как наши кладовые смежных понятий, или семантические знания, действуют ночью. Именно это семантическое знание, как пирамидальное генеалогическое древо, раскрывается сверху вниз в порядке усиления степени связанности. Рис. 14 представляет собой пример такой ассоциативной паутины, собранной из моих смежных представлений и знаний, касающихся Калифорнийского университета в Беркли, профессором которого я являюсь.

Рис. 14. Пример ассоциативной сети памяти

Используя стандартный компьютерный тест, Стикголд измерил, как эти ассоциативные сети информации действовали при пробуждении от фаз медленного и быстрого сна, а также по ходу стандартного тестирования во время дневного бодрствования. Когда вы пробуждаете мозг от медленного сна или замеряете его функционирование в течение дня, принципы деятельности мозга тесно и логично связаны, что и показано на рис. 14. Однако стоило разбудить мозг во время быстрого сна, и алгоритм действий представал абсолютно иным. Пропадала иерархия логических ассоциативных связей. Мозг в состоянии быстрого сна со сновидениями был абсолютно не заинтересован в банальных, исполненных здравого смысла связях и пошаговых ассоциациях. Вместо этого мозг в фазе быстрого сна обходил очевидные связи, предпочитая использовать понятия с низкой степенью родства. Во время сновидений в фазе быстрого сна стражи логики напрочь забывали о своей службе, оставляя рычаги управления приютом ассоциативной памяти чудесно эклектичным лунатикам. Результаты показали, что такого рода мозговая деятельность может породить все что угодно, и чем причудливее это будет, тем лучше.

Два эксперимента с решением анаграмм и семантическими полями открыли, насколько радикально отличаются операционные принципы мозга в период сновидений по сравнению с принципами действия во время медленного сна и бодрствования. Когда мы входим в стадию быстрого сна и возникает сновидение, рождается инспирированная форма миксологии* памяти. Теперь мы уже не скованы видением наиболее типичных и явных связей между единицами памяти. Напротив, мозг активно склоняется к выискиванию самых отдаленных и неясных сопряжений между блоками информации.

Расширение обзора нашей памяти сродни подглядыванию в телескоп. Если цель заключается в преобразующем творчестве, то во время бодрствования мы, по сути, смотрим в подзорную трубу с неправильного конца. Мы получаем близорукое и гиперфокусированное узкое видение, которое никак не может охватить информационный космос, предлагаемый головным мозгом. Бодрствуя, мы замечаем лишь небольшую часть возможных взаимосвязей памяти. Но картина изменится на прямо противоположную, когда мы погрузимся в состояние сновидений и начнем смотреть в нашу зрительную трубу через другой (правильный) конец телескопа, делающего обзор памяти. Используя широкоугольные линзы сновидений, мы можем увидеть созвездие хранимой информации целиком и ее разнообразные креативные комбинации.

* В прямом значении миксология — искусство смешивания коктейлей. — Прим. ред.

Уолкер М. Зачем мы спим. Новая наука о сне и сновидениях. Перевод с английского В.М. Феоклистовой. — М. : Азбука-Аттикус, КоЛибри. 2018.