На курсе нейрофизиологии она услышала подробный рассказ нейробиолога Крейга Хеллера о том, как он открыл отсутствие терморегуляции у млекопитающих во время быстрого сна. Ученый утверждал, что из-за этого животные более уязвимы, что это риск для организма, но это совершенно необходимо, что и доказывает широкая распространенность быстрого сна среди биологических видов. И самое главное: никто не знает, почему так!
Джина обрадовалась и подумала о том, как было бы здорово открыть какой-нибудь фундаментальный феномен в эпоху, когда столько всего уже известно или кажется известным. Правда, для этого нужно больше денег для оплаты обучения в университете. Брать дополнительный кредит на этот курс она не хотела[113] и, чтобы все-таки получить высшее образование, пока взяла паузу и стала усерднее трудиться поваром в ресторане.
На этом история могла бы закончиться, но, к счастью, случилось иначе. Несколько лет спустя Джине удалось устроиться научным сотрудником в госпиталь для ветеранов. Она изучала активность мозга у пилотов ВВС при полете на малой высоте и в условиях перегрузок, в несколько раз превышающих ускорение свободного падения на поверхности Земли (9,8 м/с2).
Целью исследования было достоверно выяснить, теряют ли при этом летчики сознание и обязательно ли нужно переводить самолеты на автопилот. Джина отправилась на конференцию специалистов по сну и поняла, что в этой сфере — бескрайний океан важных вопросов, не имеющих ответов. Следовательно, здесь можно попытаться внести значительный вклад в науку, сделать по-настоящему важное открытие. Иными словами, здесь можно помечтать.
Однако всю иронию ситуации Джина в полной мере осознала только тогда, когда ее официально приняли в докторантуру по неврологии в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе: стипендия докторанта в США выше, чем зарплата любого научного сотрудника. Джине нравилась ее учеба, и она ни разу не пожалела о своем выборе.
Джина продолжила научную традицию Пера Андерсена, Джона О’Кифа и Дональда Хебба. Она уже вела постдокторскую научную работу в лаборатории Брюса Макнотона и Кэрол Барнс в Аризонском университете, когда сделала важное открытие, опубликованное в 2000 году.
Чтобы понять, какой прорыв совершила Джина По, нужно вспомнить: наибольшие шансы активироваться существуют у нейронов именно на пике тета-волн; Павлидес и Уинсон в 1988 году обнаружили, что стимуляция гиппокампа на пиках тета-ритма вызывает долговременную потенциацию, но та же самая стимуляция на спаде тета-ритма приводит к долговременному торможению.
Сложив эти кусочки пазла, Джина По сформулировала гипотезу: новые воспоминания следует кодифицировать на пиках тета-ритма, а старые, которым суждено быть забытыми, — на его спаде. Джина вживляла электроды в гиппокамп крыс и регистрировала активность нейронов места. Их активация оказалась избирательной в отношении конкретных участков клетки.
Когда первый блок данных был собран, одну из стенок клетки убрали, создав новое, гораздо большее пространство. Это вызвало переназначение многих нейронов места, которые начали избирательно реагировать на области в новом пространстве. Сравнив фазу возбуждения нейронов, перераспределенных на новые места, и тех, что всё еще отображали старые места, Джина смогла подтвердить разделение фаз — как она и ожидала.
Когда крыса посещала новую среду, возбуждение нейронов происходило на пике тета-ритма — как во время бодрствования, так и во время последующего быстрого сна. Но когда та же крыса попадала в знакомую среду, вспышки, происходившие ранее на пике во время бодрствования, начинали возникать на спадах — когда она находилась в фазе быстрого сна.
Все было примерно так, как если бы уже известное прошлое воспроизводилось в негативной фазе тета-ритма, вызывающей долговременное торможение синапсов и, следовательно, забывание. Между тем репрезентация нового концентрировалась в положительной фазе тета-ритма и приводила к усилению связей и воспоминаний.
По и ее наставники наблюдали в гораздо более реалистичной ситуации феномен, который Павлидес и Уинсон вызывали с помощью искусственных воспоминаний, индуцированных электричеством: окружающая среда исследуется спонтанно, а сразу после этого наступает быстрый сон.
Прогресс в понимании механизмов, отвечающих за когнитивную роль сна, связан главным образом с изучением грызунов. Но именно исследования на людях — с использованием электроэнцефалографии, позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) — впервые подтвердили связь между обучением и реверберацией нейронов во время сна.
Бельгийские нейробиологи Пьер Маке из Льежского университета и Филипп Пеньё из Брюссельского свободного университета почти 20 лет назад показали, что активность мозга во время быстрого сна после обучения пропорциональна приобретению новых воспоминаний. Эта реверберация провоцировала локальные скачки в насыщении крови кислородом и отражала повышенные метаболические потребности нейронов, участвующих в кодификации памяти.
Другое исследование, проведенное во время медленного сна, подтвердило увеличение мощности медленных колебаний (ниже четырех циклов в секунду) на участке коры головного мозга, подвергшемся обучению, что имело значительную корреляцию с объемом усвоенного.
Биологический феномен пропорционален психологическому, но это еще не доказывает, что одно — причина другого. Чтобы выйти за рамки изучения корреляций и попытаться установить причинно-следственную связь, необходимо вызвать или прервать биологический феномен и узнать, что происходит при этом с феноменом психологическим.
Особую важность для обучения тета-ритма в фазе быстрого сна продемонстрировала группа греческого нейрофизиолога Антуана Адамантидиса из Бернского университета (Швейцария) и Макгиллского университета (Канада). При помощи метода прерывания тета-ритма с очень четкими временн
Команда Яна Борна провела классические эксперименты на людях, которые показали: повысить эффективность обучения можно с помощью электрической стимуляции мозга во время медленного сна. Используя очень слабые и медленные электрические импульсы, которые воздействуют на череп с частотой менее одного цикла в секунду, можно вызвать в мозге искусственные колебания, усиливающие естественные медленные волны. Процесс буквально повышает способность к обучению.
Аналогичного эффекта можно достигнуть, используя слуховую стимуляцию в фазе с медленными колебаниями — процесс, увеличивающий синхронизацию с самыми быстрыми мозговыми волнами, вероятно, приводит к повышенному накоплению кальция внутри корковых нейронов и благоприятствует длительной синаптической потенциации.
В совокупности эти открытия предполагают, что повторяющиеся паттерны нейронной активности должны быть причиной консолидации памяти во время сна. Чтобы проверить эту гипотезу и заодно убедить даже самых отъявленных скептиков, Ян Борн и немецкий нейробиолог Бьорн Раш придумали использовать запахи для реактивации воспоминаний во время сна.
ebooksa