День из жизни мозга: Что происходит в голове, пока мы спим, работаем и пьем кофе - Бент Фрайвальд

Этот переход — от осознанного к автоматическому — универсален для любого обучения, будь то чтение, игра на фортепиано или счет. В первом классе каждая арифметическая операция требует огромных усилий. 2 + 9 — задачка, над которой приходится попотеть: мы отсчитываем 3, 4, 5, 6, 7, 8, а то и загибаем пальцы. Но чем чаще мы считаем, тем более автоматическим становится процесс. И тут становится понятно, почему консолидация так важна: если в 11-м классе на уроке математического анализа вы все еще тратите три минуты на сложение 2 + 9, далеко вы не продвинетесь. Консолидация позволяет мозгу экономно расходовать ресурсы.

Как именно мозг этого добивается, помогают увидеть эксперименты на крысах. Глядя на маленького серого грызуна, деловито снующего по клетке, вы вряд ли сразу поймете: «Ага, так вот как устроен мой мозг!» И тем не менее именно ради этого на протяжении столетий проводились тысячи экспериментов. Мыши и крысы удивительно близки к нам биологически: те же нейромедиаторы, те же базовые нейронные контуры, отвечающие за обучение, страх и вознаграждение. Их небольшой мозг — упрощенная модель процессов, которые у нас протекают многослойнее, запутаннее и порой противоречивее.

Однако есть и обратная сторона: мыши и крысы — это не маленькие люди. Они не знают слов «сон» или «книга». Они, насколько нам известно, не ведут внутренних монологов, а их мир заканчивается там, где заканчиваются их лапки. Между рефлексом в клетке и переживанием в голове, способной размышлять о самой себе, — пропасть. Поэтому результаты опытов на животных ни в коем случае нельзя переносить на человека напрямую. А когда-нибудь — и с этим согласны многие ученые — от таких экспериментов и вовсе стоит отказаться, ради самих животных. Нейронаука уже движется в этом направлении: клеточные модели, искусственный интеллект и виртуальные симуляции позволяют сегодня изучать процессы в мозге, для исследования которых прежде были нужны мыши и крысы.

Лично я полагаю, что проводить опыты на животных больше не стоит, но нельзя отрицать, что они не раз подталкивали науку в верном направлении. Поэтому на их результаты все же стоит обратить внимание. Это касается и вопроса о том, как мозг закрепляет информацию во сне. В гиппокампе есть так называемые клетки места — нейроны, которые кодируют конкретные точки в пространстве. Если пустить крысу по коридору, некоторые из этих клеток срабатывают, когда животное находится в начале коридора. Другие активируются, когда оно добирается до середины. Третьи — только когда оно достигает дальнего конца. У каждой точки на пути — своя клетка. И вот что важно: с годами выяснилось, что эти данные прекрасно переносятся на человека. У нас точно так же формируется своего рода нейронный GPS — система, которая сообщает нам, где мы находимся, без всякого сознательного усилия с нашей стороны. Каждая клетка места — как булавка на внутренней карте мозга.

Но вернемся к крысам. Если записать активность клеток места и загрузить эти данные в компьютерную программу, она сможет определить, где именно находилась крыса, — исключительно по сигналам нейронов.

Когда ученые пускают крыс по коридору и записывают активность клеток места, обнаруживается удивительная вещь: во время сна те же самые нейроны активируются в той же последовательности, что и днем. Но есть важное различие — скорость. Во сне последовательность активации ускоряется примерно в 20 раз. Мозг словно прокручивает дневной маршрут в режиме перемотки. И здесь ученые тоже применили декодирующую нейровизуализацию — и по активности нейронов во время сна смогли точно определить, где крыса побывала накануне.

Исследователи полагают, что нечто похожее происходит и у человека. Благодаря такой реактивации мозг может сотни раз за ночь прокручивать дневные впечатления, закрепляя их в памяти. Возможно, именно это закрепление — одна из главных причин, по которым мы вообще спим. Но есть важный нюанс: ускоренная «перемотка» происходит преимущественно в тех фазах сна, когда мы не видим сновидений. Так что мы в любом случае ничего об этом не узнаём.

Однако в последние годы выяснилось, что во время сновидений мозг идет еще дальше. В фазе быстрого сна он, судя по всему, перемешивает свежие воспоминания со старыми, выстраивая между ними новые связи, — что-то вроде компиляции всей нашей жизни. И похоже, что именно этот процесс лежит в основе того, к чему мы все стремимся, — креативности.

Что это означает на практике? Проанализируем одно исследование, которое проводилось в течение нескольких дней. Участникам предлагались сложные вычислительные задачи. Но они не знали, что для решения был возможен короткий путь — простой прием, позволявший резко сократить время вычислений и сразу прийти к верному ответу. До отхода ко сну этот прием обнаружили лишь немногие. Когда участники поспали, число догадавшихся удвоилось! А вот те, кому поспать не удалось, вовсе не увидели быстрого решения. И что характерно: результаты не зависели от того, когда именно участники решали задачи. Даже если днем им давали значительно больше времени, результаты не менялись. Значит, дело было не в дополнительном времени как таковом. Ключевую роль играл сон. Но может быть, и сновидения тоже? Скорее всего.

Исследователь сновидений Мэттью Уолкер и его команда тоже будили участников экспериментов посреди ночи. Одних выдергивали прямо из фазы быстрого сна — то есть буквально из сновидений, — возвращая в реальность. Других будили в иные фазы. После пробуждения все решали различные задачи. Оказалось, что те, кого вырвали прямо из сновидений, справлялись с заданиями более чем на 30% лучше. Но дело было не только в результатах — менялся сам подход к решению. Вместо того чтобы идти проторенными путями, участники, разбуженные во время быстрой фазы сна, выбирали новые, неожиданные (некоторые сказали бы — гениальные) стратегии. Мэттью Уолкер говорит об этом в своем подкасте: «На мой взгляд, это указывает на то, что сновидения — биологическая основа креативности».

Но для креативности, похоже, важен не только сам факт, что мы видим сны, но и то, что именно нам снится. В одном эксперименте участникам нужно было найти выход из чрезвычайно запутанного лабиринта. Выяснилось, что сны напрямую влияли на их результаты: те, кому во время короткого сна приснился лабиринт, справлялись с задачей в среднем в 10 раз лучше тех, кто не спал вовсе или кому лабиринт не снился.

Итак, запомним: сновидения делают нас креативнее и помогают лучше справляться с задачами. Но у снов есть еще одна способность, о которой вы, скорее всего, даже не подозреваете. Снова обратимся к Мэттью Уолкеру. Он нередко называет сновидения эмоциональной первой помощью. Что он имеет в виду?

Чтобы это понять, важно учесть одну особенность: наша память никогда не сохраняет событие