Ukierunkowana reaktywacja pamięci sprawi, że staniesz się mądrzejszy podczas snu

Ta historia Kate Baggaley pierwotnie ukazała się w Van Winkles, publikacji poświęconej spaniu.

W pewnym momencie w „W poszukiwaniu straconego czasu” Marcela Prousta narrator zrywa z nawykiem, by wziąć herbatę i ciasteczko madeleine. W chwili, gdy smakuje „ciepłą ciecz zmieszaną z okruchami”, ogarnia go radość. Smak herbaty i ciasta przywołuje wspomnienia jego młodości, wewnętrzny związek z porannym rytuałem, który dzielił z ciotką.

Jak zauważył narrator Prousta, nasze zmysły są potężnymi kluczami do pamięci. Okazuje się, że to prawda w czasie snu, podobnie jak w przypadku czuwania. Chociaż nie możemy tak naprawdę nauczyć się nowych informacji, naukowcy ciężko pracują nad procesem, który przejmuje nasze zmysły, aby pomóc uśpionemu mózgowi wzmocnić lub wyrzucić to, co już zostało zrobione. Technika, zwana Ukierunkowaną Reaktywacją Pamięci (TMR), używa dźwięków i zapachów, aby wzmocnić procesy wzmacniające pamięć, które zachodzą podczas snu. A jeśli okaże się tak skuteczny, jak sądzą naukowcy, możemy wykorzystać go do zwiększenia naszej zdolności do wchłaniania nowego uczenia się, rozluźnienia urazów wspomnień, a nawet zmiany sposobu myślenia ludzi.

„Potencjalne zastosowania są ogromne”, mówi Susanne Diekelmann, badaczka z Uniwersytetu w Tübingen w Niemczech, która bada TMR od kilku lat.

Krótko mówiąc, może to umożliwić nam zbadanie i przejęcie kontroli nad więzami między snem a pamięcią. „Pamięć jest ważna dla tożsamości i jakości życia, więc jeśli TMR może pomóc w pamięci, może pomóc szerzej”, mówi James Antony, czołowy neurolog z Princeton University. „Ponieważ na wiele sposobów to, co robimy, to… próba zbierania wspomnień”.

JAK SEN WYPUSZCZA NASZE WSPOMNIENIA

Każdego dnia jesteśmy bombardowani informacjami - reklamami, rozmowami, tweetami, zdjęciami, sceneriami, slackami. Zanim prześlizgniemy się pod kołdrę, zgromadziliśmy ciąg delikatnych, nowo wybitych wspomnień, które są zbudowane z połączeń między neuronami. Wiele z tych wspomnień, jak to, co jemy na lunch każdego dnia, z czasem zanika. Inne są wzmacniane i przekształcane w wspomnienia długoterminowe. Proces ten, zwany konsolidacją pamięci, wydaje się występować głównie podczas snu wolnofalowego. Podstawowy proces nazywany jest odtwarzaniem neuronowym. Uczenie się nowego faktu lub twarzy (nazywane kodowaniem pamięci) odpowiada odrębnemu wzorowi odpalania neuronowego. Później, podczas snu, nasze uśpione mózgi odtwarzają ten sam wzorzec strzelania neuronowego z wcześniejszego. To automatyczna gra polegająca na nauce i powtarzaniu, która, jak głosi teoria, pomaga wszczepić wspomnienia w mózg.

„To tak, jakby twój mózg ćwiczył i ćwiczył te wspomnienia”, mówi Penny Lewis, neurolog i naukowiec zajmujący się snem na Uniwersytecie w Cardiff w Walii, którego praca koncentruje się na konsolidacji snu i pamięci.

Dla każdej pamięci wzór wygląda trochę inaczej. Ale te sieci się pokrywają. „Każda posiadana wiedza jest związana z innymi rzeczami” - dodaje Antony. Więc kiedy nasz śpiący mózg odtwarza wspomnienia, to nie tylko je wzmacnia - osadza nowe informacje, które zebrałeś w istniejących sieciach wiedzy. Przypomnij sobie na przykład ostatnią podróż na plażę. Być może pamiętasz fale rozbijające się o brzeg, piasek z piasku na twoich palcach, emocje wywołane przez twoich towarzyszy. Fragmenty te są przechowywane w różnych częściach mózgu. „Jest prawdopodobne, że gdy pamięć zostanie odtworzona w ten sposób, będzie to pełne doświadczenie multisensoryczne” - mówi Lewis.

Dzięki TMR możemy być w stanie kształtować te procesy za pomocą zapachów lub odgłosów (początkowo doświadczanych, gdy budzimy się i uczymy się nowych informacji), aby wywołać powtórki. Odpowiednie zapachy lub dźwięki mogą przyspieszyć proces konsolidacji pamięci, pomagając wzmocnić - a nawet zmienić - wspomnienia.

HISTORIA TMR

Naukowcy po raz pierwszy odkryli, że sygnały sensoryczne mogą wpływać na pamięć podczas snu w latach 80., kiedy widzieli większą aktywację pamięci u szczurów, którzy byli dwa razy zszokowani - podczas zadania uczenia się, a następnie ponownie podczas snu. Następnie w 1990 roku zespół w Kanadzie sparował tykający dźwięk zegara z zadaniem logicznym. „Pomysł polegał na„ przypomnieniu ”podmiotowi„ pracy ”nad utrwaleniem pamięci o naszym małym zadaniu”, chociaż prawdopodobnie mieli ważniejsze wspomnienia, które wymagały konsolidacji, wspomina Carlyle Smith, jeden z wiodących na świecie badaczy snu i dyrektor Trent University Sleep Research Laboratories w Ontario.

Smith chciał zebrać dowody na to, że konsolidacja pamięci pojawiła się we śnie, co wielu naukowców wtedy wątpiło. Był na czymś, ale jego praca była w większości ignorowana, ponieważ poprzedzała przełomowe odkrycia dotyczące odtworzenia obecnego zrozumienia snu i pamięci przez naukowców.

W 2007 roku Björn Rasch, biopsycholog i kolega Diekelmanna z University of Fribourg w Szwajcarii, ożywił TMR przy użyciu wersji gry koncentracji pamięci. Podczas gdy ludzie nauczyli się kojarzyć zdjęcia kart z pewnymi miejscami na ekranie komputera, naukowcy pompowali zapach róż. Ten zapach, który wzbił się w tle, połączył się w umysłach ludzi z tym, czego się uczyli. Ci, którzy zostali ponownie wystawieni na działanie aromatu podczas snu, mieli przewagę w przypominaniu sobie rozmieszczenia kart.

Zaintrygowany, zespół kontynuował badanie techniki, którą odkryli, że może sprawić, że wspomnienia będą bardziej stabilne, i zrobią to szybciej, niż w innym przypadku. Odkryli, że różne inne zapachy równie dobrze radzą sobie z pamięcią. Nie byli jednak jeszcze pewni, ile informacji można przypiąć do pojedynczego zapachu lub czy zapach może z czasem stracić moc wyzwalającą pamięć.

Gdy pewne dźwięki były ponownie prezentowane podczas snu wolnofalowego, uczestnicy dokładniej zapamiętywali lokalizacje powiązanych obrazów.

Nie minęło wiele czasu, zanim naukowcy odkryli, że dźwięk również jest skutecznym wyzwalaczem. W jednym eksperymencie badani zostali poproszeni o zapamiętanie współrzędnych siatki obrazu, takiego jak kot lub czajnik, który został sparowany z odpowiednim dźwiękiem, takim jak miauczenie lub gwizdek. Gdy pewne dźwięki były ponownie prezentowane podczas snu wolnofalowego, uczestnicy dokładniej zapamiętywali lokalizacje powiązanych obrazów.

MOŻLIWOŚCI TMR

Chociaż TMR jest w powijakach, naukowcy już widzieli ogromny postęp w tym, co może zrobić. A potencjał, w tej chwili, wydaje się nieograniczony.

TMR wydaje się zwiększać zdolności motoryczne, jak również wyraźne wspomnienia. Antony i jego koledzy przeprowadzili eksperyment przy użyciu gry przypominającej „Guitar Hero”. Uczestnicy nauczyli się dwóch różnych melodii, z których jedna została wykuta podczas snu. Następnie byli w stanie grać melodię snu dokładniej niż druga.

Możemy też użyć TMR do zmiany wspomnień. Niedawno Diekelmann i jej kohorta poinformowali, że TMR pomogło mężczyznom wymyślić ukryte wzorce, przekształcając ich intuicję w zrozumienie (kobiety nie otrzymały tak znaczącego zwiększenia, ale większość badań TMR nie wykazuje żadnej różnicy między płciami).

Kiedy Penny Lewis z Cardiff University zakomunikował „melodie, które ludzie wcześniej wykorzystywali, ludzie stali się szybsi i lepsi w artykułowaniu melodii na piśmie.

A kiedy Batterink i firma poprosili ludzi o rozszyfrowanie słów zebranych zgodnie z wymyślonym systemem gramatycznym, TMR wydawało się pomagać im w intuicji w regułach systemu. „Są to niewielkie efekty” - mówi Batterink. „To nie tak, że są dwa razy lepsze”.

Ale nadal jest inspirujący. Naukowcy badają nawet, czy TMR może wpłynąć na konsolidację wspomnień emocjonalnych. Na przykład Lewis zastanawia się, czy wywołanie niepokojących wspomnień podczas snu może sprawić, że będą mniej stresujące.

„Mamy bardzo fajne dane sugerujące, że może” - mówi.

Lewis i jej koledzy prezentują ludziom niepokojące zdjęcia (takie jak wypadki samochodowe) połączone z sygnałem dźwiękowym. Po śnie ludzie wydają się uważać te obrazy za mniej kłopotliwe, jeśli zostały reaktywowane przy użyciu TMR. Jedno z wyjaśnień tego zjawiska może leżeć w neuroprzekaźniku zwanym noradrenaliną, który znacznie zmniejsza się podczas snu REM. Pomaga kontrolować fizjologiczne reakcje strachu naszych ciał, takie jak zwiększona częstość akcji serca, pocenie się lub rozszerzenie źrenic.

Lewis zastanawia się, czy wywołanie niepokojących wspomnień podczas snu może sprawić, że będą mniej stresujące. „Mamy bardzo fajne dane sugerujące, że może” - mówi.

„Chodzi o to, że jeśli odtwarzasz te wspomnienia w tym czasie, w rzeczywistości nie możesz mieć reakcji emocjonalnej” - mówi Lewis. „Tak więc odtworzenie go bez odpowiedzi fizjologicznej może pomóc ludziom oddzielić pamięć od emocji”.

Nietrudno wyobrazić sobie TMR jako leczenie zaburzeń urazowych, w tym PTSD. To kusząca perspektywa, ale na razie, nawet we wczesnych próbach z tymi, którzy mają niepokojące wspomnienia, jest zbyt wcześnie, by wyciągać jakiekolwiek wnioski, mówi.

„Potrzebujemy dobrej bazy danych, zanim będziemy mogli przekazać ją pacjentom, ponieważ nie jest do końca jasne, co to zrobi” - mówi Rasch. „Czy to rzeczywiście pomaga ludziom, reaktywować tę traumatyczną pamięć podczas snu, czy może pogarsza?

Rasch i jego koledzy badają również, w jaki sposób TMR może ułatwiać naukę słownictwa w języku obcym.

Podczas gdy TMR wydaje się być najbardziej pomocny we wzmacnianiu wspomnień, które wciąż są konsolidowane, może okazać się pomocny w pomaganiu pacjentom Alzheimera w pamiętaniu drogi do domu lub rozpoznawaniu członków rodziny. Fizjoterapeuci mogą również wykorzystać TMR, aby pomóc ludziom odzyskać zdolności motoryczne po udarze lub urazie.

Jest również w zakresie możliwości, że TMR może nawet wpłynąć na to, jak ludzie myślą. Powiedzmy, że jesteś na imprezie i zauważysz swojego kolegę po drugiej stronie pokoju. Machasz; nie odpowiadają. Musisz sami ocenić, czy cię lubią, czy cię nie widzieli. Cały czas spotykamy się z podobnie niejednoznacznymi sytuacjami. Niektóre osoby, takie jak osoby z lękiem lub depresją, częściej narażają się na negatywne skutki.

AWARIA Z TMR

Pomimo arsenału aplikacji dla TMR, jego wpływ na pamięć jest subtelny i nie jest jasne, jak długo trwają efekty. I inne załamania muszą zostać opracowane.

Na przykład, jak poszczególne powtórki pojawiają się w ludzkim mózgu?

„Nawet nie wiemy, jak wygląda sygnał” - mówi Antony. On i jego koledzy używają TMR do zilustrowania powtórki pamięci u ludzi, mierząc reaktywację badanych wcześniej oglądanych obrazów za pomocą elektroencefalografii (EEG).

„Zapach jest bardzo silnym wyzwalaczem, ponieważ jest bezpośrednio połączony z tym obszarem mózgu związanym z pamięcią, podczas gdy dźwięki… muszą najpierw zatrzymać się na stacji przekaźnikowej”.

Dźwięk i zapach zostały z powodzeniem wykorzystane jako wskazówki w eksperymentach TMR, a każda domena ma swoje zalety. Zapach, na początek, nie jest obcy w świecie nauk o śnie. Istnieją dowody na to, że zioła, takie jak lawenda, mogą pomóc nam się zrelaksować i odpłynąć, a ten zapach może wpływać na emocjonalną treść marzeń danej osoby.

Rzeczywiście, system węchowy mózgu jest ściśle związany z hipokampem i obszarami związanymi z emocjami, takimi jak ciało migdałowate. Zapachy również zazwyczaj nas nie budzą; są przetwarzane podczas snu, nie zakłócając go.

To samo nie dotyczy dźwięków, które są kierowane przez wzgórze.„Zapach jest bardzo silnym wyzwalaczem, ponieważ jest bezpośrednio połączony z tym obszarem mózgu związanym z pamięcią, podczas gdy dźwięki… muszą najpierw zatrzymać się na stacji przekaźnikowej”, mówi Pereira.

Precyzyjnie kalibrowane dźwięki dla TMR też są trudne. Hałas może łatwo zakłócić podkłady. A jednak „jeśli grasz zbyt cicho, nie jesteś do końca pewien, czy są rejestrowane” - mówi Batterink. „Może to być trochę delikatna równowaga między uzyskiwaniem wolumenu na zasadzie indywidualnej”.

Z drugiej strony dźwięk lepiej radzi sobie z wyczynami motorycznymi niż zapachem; obszary mózgu zaangażowane w przetwarzanie słuchowe są silnie powiązane z obszarami motorycznymi, mówi Diekelmann.

W porównaniu z zapachami dźwięki są łatwiejsze do kontrolowania w domu, co oznacza, że ​​naukowcy mogą stworzyć niemal nieograniczoną ich bibliotekę. „Gdybyśmy chcieli 60 różnych zapachów, które naprawdę różnią się od siebie, byłoby znacznie trudniej zorganizować”, mówi Lewis.

Zapach jest tępym narzędziem, które działa na wszystkie wspomnienia (uczone podczas eksperymentalnych sesji badawczych) w równym stopniu. Dźwięki pozwalają na bardziej szczegółowe, drobiazgowe podejście, które może wskazać indywidualne wspomnienia.

Co więcej, dźwięki można odtwarzać i przetwarzać szybciej niż zapachy. Zapach jest tępym narzędziem, które działa na wszystkie wspomnienia (uczone podczas eksperymentalnych sesji badawczych) w równym stopniu. Dźwięki pozwalają na bardziej szczegółowe, drobiazgowe podejście, które może wskazać indywidualne wspomnienia.

Pomijając wskazówki, jeśli TMR może wyłamać się z laboratorium, pozostaną na ogół inne względy praktyczne. Do użytku w domu naukowcy musieliby opracować gadżet, aby zidentyfikować etap snu danej osoby, a następnie dostarczyć wskazówkę w odpowiednim czasie. Ludzie przyzwyczajają się do dźwięku, za współautorem Rebecca Spencer z University of Massachusetts Amherst.

Smith, który przewiduje wykorzystanie TMR do nauki lub uprawiania sportu, mówi: „Pomysł czeka na coś bardzo prostego urządzenia lub aplikacji, które może zrobić te rzeczy, chociaż myślę, że jest to całkiem możliwe”.

Rasch i jego koledzy pracują nad stworzeniem takiego urządzenia, które rejestrowałoby uśpienie danej osoby, a następnie automatycznie prezentowałoby słowa we właściwym czasie i odpowiedniej objętości. Oczekuje, że będzie miał dowód zasadności za rok lub dwa, w którym to momencie znajdzie współpracowników, którzy pomogą zaprojektować gadżet.

„Prawdopodobnie dotyczyłoby to elektrod lub jakiegoś urządzenia rejestrującego mózg… znacznie prostszego niż w laboratorium snu”, mówi.

CIEMNA STRONA MESSING WITH MEMORY

Zabijanie pamięci jest niebezpiecznym biznesem i każda technologia, bez względu na to, jak dobrze jest przeznaczona, może być wykorzystywana do nikczemnych środków. Gdy nadejdzie czas, aby TMR wyszedł z laboratorium, potencjalnie złowrogie zastosowania muszą zostać rozpoznane.

Jedną z największych obaw jest fakt, że TMR może wpływać na to, jak ludzie myślą. A badania Rascha nad tym, w jaki sposób może ono zmienić uprzedzenia interpretacyjne (jak postrzegamy kogoś działającego w naszym kierunku) to dopiero początek.

„Możesz użyć TMR na dobre, aby pomóc ludziom zmniejszyć ich stronniczość, ale równie dobrze możesz … przekonać ludzi, że te pomysły są lepsze, albo ci ludzie są lepsi”

Antony ostrożnie podchodzi do ekstrapolacji z tej pracy. „Jest obiecujący, ale nie ma bezpośredniego powiązania, które wykazałoby, że to wyleczy rasizm”, mówi.

„Możesz użyć TMR na dobre, aby pomóc ludziom zmniejszyć ich stronniczość, ale równie łatwo możesz … spróbować przekonać ludzi, że te pomysły są lepsze, lub ci ludzie są lepsi”, mówi Pereira, który jest współautorem artykułu przeglądającego obietnicę i pułapki badań TMR.

Według naukowców pranie mózgu z TMR jest mało prawdopodobne. Ale są też inne obawy: wyobraź sobie, że jesteś w pokoju hotelowym, a kiedy śpisz, ktoś kręci się w zapachu szczególnie maślanego rogalika. Gdy następnego ranka udasz się do baru śniadaniowego, zobaczysz kruche ciasto na sprzedaż. Pod dowolnym produktem lub nawet pomysłem zamiast rogalików i masz pomysł.

„Myślę, że głównym problemem jest… jeśli nie jesteś poinformowany o tym, co grasz podczas snu” - mówi Rasch.

Gdyby najczęstsze wcielenie TMR było narzędziami do nauki, ryzyko złośliwych aplikacji na Antony'ego jest prawdopodobnie niskie. Najważniejszą kwestią jest, jak mówi, zapewnienie ludziom względnych kosztów i korzyści.

„Nadal nie rozumiemy dokładnie, jak to działa”, mówi Pereira. „Nie wiesz, co się wydarzy, więc nie powinieneś po prostu próbować samodzielnie w domu”.

Pojawiło się kilka negatywnych konsekwencji eksperymentów TMR. Na przykład w eksperymencie melodycznym Lewisa ludzie, którzy otrzymywali TMR, robili gorzej niż inni przy wykonywaniu lub odszyfrowywaniu drugiej, nieoznaczonej sekwencji. Oznacza to, że powtórki pamięci mogą być ograniczonym zasobem w mózgu.

„Jeśli udowodnisz, że jest to bezpieczna i skuteczna technika zwiększania poznania, to w jaki sposób decydujesz, kto ma do niej dostęp i dlaczego?”

Wiele eksperymentów sugeruje kompromis, w którym reaktywacja, a tym samym zwiększenie jednej pamięci odbywa się kosztem cementowania innego. Jeśli TMR przyniesie zysk o sumie zerowej, użytkownicy mogą nie wzmocnić wspomnień, na których nie koncentrują się. Uczniowie mogą, powiedzmy, rozwinąć słownictwo hiszpańskie kosztem równań, których nauczyli się w Trig.

Kolejnym problemem jest to, że użytkownicy TMR mogą przypadkowo tworzyć fałszywe wspomnienia. Dzieje się tak już wtedy, gdy przenosimy wspomnienia do długoterminowego przechowywania; reaktywacje zachowują lub uogólniają istotę doświadczenia, ale pojedyncze szczegóły mogą się rozpaść. Możliwe, że TMR pobudzi ten proces.

I podobnie jak w przypadku innych potencjalnych narzędzi do pobudzania funkcji poznawczych, naukowcy mają powody do ostrożności. „Robimy coś z mózgiem w stanie, w którym świadoma kontrola jest ograniczona”, mówi Rasch. „Musimy rozważyć to.

Ponieważ nadal nie wiemy na pewno, czy TMR ma jakiekolwiek długotrwałe konsekwencje zdrowotne, Rasch mówi, że nie poleciłby go jeszcze na większą skalę, ani u ludzi z takimi chorobami jak PTSD. Ale dla prostego, indywidualnego użycia, takiego jak nauka słownictwa, mówi, że prawdopodobnie nie ma większego niebezpieczeństwa.

Na początku TMR może być kosztowny i przynosić jeszcze więcej korzyści osobom, które mają pieniądze na spalenie.

„Jeśli udowodnisz, że jest to bezpieczna i skuteczna technika zwiększania funkcji poznawczych” - mówi Pereira. „W jaki sposób decydujesz, kto ma do niego dostęp i dlaczego?”

PRZYSZŁOŚĆ PAMIĘCI

Zanim kwestia dostępu i zamiarów zostanie nawet poddana dyskusji, lata badań wciąż muszą zostać ukończone, zanim naukowcy zaczną wpadać w podświadomość, aby wydobyć, wzmocnić lub zmienić wspomnienia. I na naukowców przyszły prezent TMR jest ostatecznie pełen nadziei, nawet jeśli zawiera więcej niż trochę niepokoju.

Wyobraź sobie ten scenariusz: za dwadzieścia lat wydarzy się straszne wydarzenie, na które jesteś obecny. Może zdarzyło się to w drodze do domu jednej nocy lub podczas podróży. Niezależnie od przypadku, wstrząsnęło cię to głęboko i nawiedzają cię przerażające wspomnienia. Możesz zaangażować się w standardową terapię rozmową, ale możesz także umówić się na wizytę u bardziej wyspecjalizowanego lekarza.

Podczas sesji lekarz gra szybko lub rozprasza zapach. Ten dźwięk lub zapach pojawia się ponownie, gdy w jego gabinecie spędzasz normalny sen, uruchamiając i zmieniając pamięć, jak śnisz. Obudzisz się, uwolnisz się od niegodziwej pamięci, jak gdyby był to tylko kret, który musiał zostać laserem. Rano podpiszesz kilka dokumentów wstrząsając ręką lekarza.

To, co mogło zadrapać i ukształtować mózg, zostało usunięte. To nie jest nawet pamięć pamięci - po prostu zniknęła. Możesz swobodnie iść naprzód, bez przeszkód, w przyszłość.