Сон для других типов памяти

Все описанные мною исследования имеют дело с запоминанием фактов — тем типом памяти, который ассоциируется с обучением или запоминанием имен. Но мозг обладает и другими типами памяти, в том числе и памятью навыков. Возьмите, например, езду на велосипеде. Когда вы были ребенком, ваши родители наверняка не заставляли вас от корки до корки изучить пособие по езде на велосипеде, рассчитывая, что вы тут же начнете гонять на нем. Никто не объяснит вам, как ездить на велосипеде. Нет, они могут попробовать — но ни им, ни тем более вам пользы от этого не будет. Научиться кататься можно, только начав кататься, а не читая об этом. То есть на практике. То же верно для всех двигательных навыков, учитесь ли вы игре на музыкальном инструменте, занимаетесь ли спортом, собираетесь оперировать или управлять самолетом.

Термин «мышечная память» неверен. Мускулы сами по себе не имеют памяти: мышцы, не соединенные с мозгом, не могут совершать разумные действия и не могут хранить приобретенные навыки. Мышечная память — это на самом деле память мозга. Тренировка и укрепление мышц помогает лучше выполнять обычные заложенные в памяти действия. Но сами действия есть программа памяти, которая находится только и исключительно в мозге.

За годы до того, как я исследовал воздействие сна на заучивание фактологической, как в учебниках, информации, я изучал память двигательных навыков. Два случая подвигли меня на эти исследования. Первый произошел, когда я был студентом Королевского медицинского центра — большой учебной больницы в Ноттингеме, Англия. Там я исследовал некоторые двигательные нарушения, в частности повреждения спинного мозга. Я пытался найти способ вновь соединить поврежденный спинной мозг с телом. Как это ни печально, но все мои попытки потерпели неудачу. Но, работая в ноттингемской больнице, я многое узнал о различных видах двигательных нарушений, в том числе и об инсульте. Больше всего меня поражала способность пациентов после инсульта постепенно восстанавливать двигательные функции, будь то ноги, руки, пальцы или же речь. Восстановление редко бывало полным, но день за днем, месяц за месяцем больные все же демонстрировали некоторое улучшение.

Второй важный опыт я получил несколько лет спустя, во время работы над диссертацией. Это было в 2000 году, когда научное сообщество провозгласило, что следующие десять лет будут «декадой мозга», предсказывая (как оказалось, верно) замечательный прогресс неврологии. По случаю одного торжественного события меня попросили прочитать лекцию на тему сна. В то время мы еще сравнительно мало знали о воздействии сна на память, хотя я кратко упомянул о первых доступных результатах.

После моей лекции ко мне подошел импозантного вида джентльмен с добродушным выражением лица, одетый в твидовый пиджак нежного желто-зеленого оттенка, который я ясно помню и по сей день. Разговор был коротким, но с научной точки зрения он стал одним из самых важных в моей жизни. Незнакомец поблагодарил меня за лекцию и сообщил, что он пианист. Потом он сказал, что его заинтересовало мое описание сна как активного состояния мозга, в котором мы можем просматривать и даже усиливать те вещи, которые ранее изучили или испытали. Затем музыкант поведал мне то, что буквально ошеломило меня и повлияло на выбор главной темы моих исследований на будущие годы. «У меня как у пианиста, — рассказывал он, — возникают ситуации, которые происходят слишком часто, чтобы быть случайными. Порой я до позднего вечера разучиваю некое музыкальное произведение и никак не могу довести исполнение до совершенства, постоянно в одном и том же месте делая одну и ту же ошибку. В конце концов я, совершенно расстроенный, отправляюсь спать. Но когда я просыпаюсь на следующее утро и сажусь за инструмент, то просто играю, причем идеально».

«Просто играю». Эти слова крутились у меня в голове, пока я пытался придумать ответ. Собравшись с мыслями, я ответил джентльмену, что это замечательно и, конечно же, вполне возможно, что сон помогает достичь безукоризненного исполнения, но у меня нет никаких научных данных, подтверждающих это предположение. Мой собеседник улыбнулся, и мне показалось, что его нисколько не смутило отсутствие эмпирического подтверждения приведенного примера. Он еще раз поблагодарил меня за лекцию и вышел в холл. А я остался в аудитории, осознавая, что этот джентльмен только что рассказал мне нечто, что попирает самый, пожалуй, незыблемый закон обучения: практика — залог совершенства. Но, похоже, это не совсем так. Возможно, этот закон следовало сформулировать так: практика вместе со сном — залог совершенства?

После трех лет исследований я опубликовал доклад с аналогичным названием и в ходе дальнейших изысканий собрал доказательства, которые в конечном счете подтвердили чудесную догадку пианиста. Полученные данные также пролили свет на то, как мозг после травмы или повреждения в результате инсульта постепенно, день за днем — или, лучше сказать, ночь за ночью — восстанавливает двигательные навыки организма.

К этому времени я получил должность в Гарвардской медицинской школе, и вместе с Робертом Стикголдом, ранее наставником, а теперь уже соратником и другом, мы стали пытаться определить, как именно мозг обучается в отсутствие практики и продолжает ли это делать в принципе. Здесь явно было замешано время. Но, похоже, следовало разграничить три различных вероятных условия, которые благоприятствовали совершенствованию памяти навыков: (1) время, (2) время бодрствования и (3) время сна.

Я набрал большую группу добровольцев-правшей и предложил им как можно быстрее и точнее набирать на клавиатуре ряд чисел, например 4–1–3–2–4, причем делать это левой рукой. Как и при разучивании гамм, участники в течение двенадцати минут с короткими передышками снова и снова повторяли это упражнение. Неудивительно, что в процессе тренировки волонтеры смогли значительно улучшить навык набора цифровой последовательности, ведь практика считается залогом совершенства. Двенадцать часов спустя мы провели тест. Половина участников заучивала последовательность утром, и мы проверили их вечером после целого дня бодрствования. Вторая половина заучивала последовательности вечером, а тестирование проводилось на следующее утро после тех же двенадцати часов перерыва, но включающих в себя полноценный восьмичасовой сон.

Бодрствовавшая группа не продемонстрировала значительного прогресса в выполнении задания, но те, кто спал, в соответствии с рассказом пианиста, показали потрясающий 20%-ный скачок в скорости набора цифр и почти 35%-ное улучшение точности. Важно, что участники, которые заучивали упражнение утром и не продемонстрировали прогресса вечером, в следующем тесте, проведенном еще через двенадцать часов, все же показали резкое повышение качества своих двигательных навыков — после того, как выспались тоже.

Другими словами, ваш мозг продолжает запоминание навыков даже в отсутствие дальнейшей тренировки. В действительности все это сродни волшебству. Однако подобное отсроченное «автономное» заучивание происходит исключительно во время сна, а не в равный по времени период бодрствования, независимо от того, что происходит сперва, бодрствование или сон. Практика сама по себе не позволяет достичь совершенства. Только практика, за которой следует ночь сна, приводит к нему. Мы показали, что эффект, усиливающий память, наблюдается независимо от того, заучиваете вы короткую или очень длинную последовательность (например, 4–3–1–2 или 4–2–3–4–2–3–1–4–3–4–1–4), а также используете одну руку (мономануальный способ) или обе (бимануальный, как пианисты).

Анализ отдельных элементов последовательности 4–1–3–2–4 позволил мне обнаружить, как именно сон совершенствовал двигательный навык. Даже после долгой предварительной тренировки участники опыта неизменно испытывали сложности с определенными переходами в пределах последовательности. Эти проблемные точки бросались в глаза, когда я обратил внимание на скорость ударов по клавишам. В определенных переходах возникала гораздо более долгая пауза или повторялась ошибка. Например, вместо того чтобы без пауз напечатать 4–1–3–2–4, 4–1–3–2–4, участник печатал: 4–1–3 [пауза] 2–4, 4–1–3 [пауза] 2–4. Испытуемые делили повторяющуюся механическую последовательность на отрезки, словно напечатать ее без пауз было слишком сложно. У разных волонтеров проблема возникала на разных участках последовательности, но почти все испытывали одно-два затруднения.

Я оценивал так много участников, что в конце концов во время тренировки на слух мог определить, где у них возникали сложности в наборе последовательности. Но когда я тестировал участников после ночи сна, то слышал нечто совершенно другое. И еще не приступив к анализу данных, я понял, что произошло: значительно выросло мастерство моих испытуемых. Теперь, после сна, они печатали плавно и без перерывов. Исчезло исполнение в стиле стаккато, теперь его сменил быстрый и почти совершенный ритм, который и был целью заучивания последовательности: 4–1–3–2–4, 4–1–3–2–4, 4–1–3–2–4. Сон системно определил, где в двигательной памяти образовались трудные переходы, и выровнял их. Это открытие вновь обратило меня к словам пианиста, с которым я познакомился на лекции: «Но когда я просыпаюсь на следующее утро и сажусь за инструмент, то просто играю, причем идеально».

Дав участникам опыта поспать, я протестировал их с помощью мозгового сканера и увидел, за счет чего столь быстро улучшился данный двигательный навык. Сон вновь преобразил воспоминания, но, в отличие от воспоминаний о заученных фактах, результаты получились иными. Двигательные навыки не переводились из краткосрочной в долгосрочную память, а сдвигались в мозговые цепочки, которые функционируют ниже уровня сознания. В результате эти навыки отныне превращались в неосознанные привычные действия. Они не воспринимались как нечто требующее усилий или предварительно обдумываемое, а просто с легкостью воспроизводились телом. То есть можно сказать, что сон помог мозгу автоматизировать однообразные движения, сделав их второй натурой — естественными. Именно этого добиваются многие олимпийские тренеры, совершенствуя мастерство своих выдающихся подопечных.

Мое последнее открытие, к которому привело почти десятилетие исследований, определило тип сна, который в течение ночи способствовал закреплению двигательного навыка, и позволило извлечь уроки, касающиеся медицины и общества. Повышение скорости и точности, подкрепленное эффективным автоматизмом, было непосредственно связано с количеством второй стадии медленного сна, особенно в последние два часа восьмичасового отдыха (например, с пяти до семи утра, если вы заснули в одиннадцать вечера). В самом деле, именно количество сонных веретен, рождающихся приблизительно за два часа до пробуждения — в то время, когда наиболее интенсивны всплески активности мозговых волн, — было связано с автономным укреплением памяти.

Более удивительным оказался тот факт, что после тренировки рост числа веретен был зафиксирован только в тех участках головы, которые находятся над двигательной областью коры головного мозга (прямо на макушке), и ни в каких других. Чем выше локальный рост количества сонных веретен в отделе мозга, участвовавшем в заучивании моторных навыков, тем качественнее демонстрация этих навыков после пробуждения. Многие другие группы обнаружили сходный эффект «местного сна» и заучивания. Что касается закрепления двигательных навыков, мозговые импульсы действовали как хороший массажист, который, делая общий массаж, особое внимание уделяет проблемным зонам. Так и сонные веретена, омывая все доли мозга, делают несоразмерный акцент на те участки, которые больше всего были задействованы в запоминании информации.

Возможно, более значимым для современного мира будет обнаруженный нами временной эффект ночи. Последние два часа сна — именно тот отрезок, которым многие из нас считают возможным пожертвовать, чтобы дать старт новому дню. В результате мы упускаем возможность присутствовать на пиру позднеутренних сонных веретен. Все это также напоминает некоего олимпийского тренера, который постоянно заставлял своих спортсменов тренироваться до позднего вечера, а ранним утром возобновлял тренировки. Таким образом тренер, возможно, невольно, но весьма эффективно лишал спортсменов важной фазы развития двигательной памяти — той, что с предельной точностью может настроить на отличное спортивное выступление. Если вспомнить о том, что в профессиональном спорте зачастую совсем небольшая разница отделяет золотую медаль от последнего места, то любое преимущество, которое вы можете получить, даже естественная помощь сна, даст вам возможность услышать гимн своей страны, звучащий над стадионом. Не обойдемся без тонкого акцента: не вздремнул — проиграл.

Спринтер Усэйн Болт, суперзвезда стометровки, перед тем как побить мировой рекорд, во многих случаях позволял себе недолгий сон. Спал рекордсмен и перед заключительным выступлением на Олимпийских играх, где выиграл золото. Наши собственные исследования подтверждают мудрость его выбора: короткий дневной сон, который генерирует значительное количество сонных веретен, помогает существенно повысить запоминание двигательных навыков, способствует восстановлению энергии и снижает мышечную усталость.

За годы, прошедшие со времени нашего открытия, многочисленные исследования показали, что сон улучшает двигательные навыки как молодых спортсменов-любителей, так и профессионалов. А в таких видах спорта, как теннис, баскетбол, футбол и гребля, это столь значимо, что в 2015 году Международный олимпийский комитет опубликовал совместное заключение, подчеркивающее исключительную важность и крайнюю необходимость сна в развитии всех видов спорта, как мужских, так и женских[62].

Не зря профессиональные спортивные команды берут подобные рекомендации на заметку. Недавно я устраивал презентации перед несколькими баскетбольными и футбольными командами США и, в последнем случае, — также Соединенного Королевства. Стоя перед менеджером, служебным персоналом и игроками, я рассказывал им об исключительно утонченном и сильнодействующем, не говоря уже о том, что легальном допинге, который имеет реальный победный потенциал. Я рассказывал им о сне.

Я подкреплял свои утверждения примерами из более чем 750 научных исследований, в ходе которых изучалась взаимосвязь между сном и деятельностью человека. Во многих случаях в подобные исследования были вовлечены профессиональные спортсмены. Если человек поспит ночью меньше восьми и особенно шести часов, то физическая усталость придет на 10–30% быстрее и значительно ухудшится кислородный обмен. Аналогичные нарушения будут наблюдаться в эластичности мышц и сухожилий, что повлияет на высоту прыжка, а также заметно снизит пик мышечной активности и сократит ее длительность. Кроме того, снизятся метаболические и респираторные возможности организма, что отрицательно скажется на восстановлении сил спортсмена. Свое негативное воздействие окажут и быстрое накопление молочной кислоты, нарушение работы сердечно-сосудистой системы, снижение кислорода в крови и повышение концентрации углекислого газа, что отчасти обусловлено уменьшением количества воздуха, потребляемого легкими. Даже способность организма во время физических нагрузок снижать собственную температуру посредством потоотделения ухудшается из-за потери сна.

Помимо этого существует риск травм, чего боятся все спортсмены, их тренеры, а также менеджеры, которые рассматривают своих игроков как ценные финансовые вложения. Что касается травм, то и от них нет лучшей страховки, чем сон. Исследование, проведенное в 2014 году с участием перспективных молодых спортсменов, показывает[63], что хронический недосып в течение сезона значительно повышал риск травмы (см. рис. 10).

Спортивные команды платят звездным игрокам миллионы долларов, обеспечивая свой живой товар всевозможным медицинским обслуживанием и самым полезным питанием для того, чтобы выжать максимум возможного из их таланта. Однако все эти усилия порой растрачиваются впустую из-за одного фактора, который не сочли нужным возвести в приоритет, — из-за сна спортсменов.

Даже те команды, которые знали о важности сна перед игрой, были удивлены, когда я заявил о том, что хороший сон после игры так же, если не более, важен. Сон после выступления ускоряет восстановление организма при физических перегрузках и помогает пополнить запасы клеточной энергии глюкозой и гликогеном.

Перед тем как дать заинтересованным командам четко структурированный набор рекомендаций по сну, который они могли бы применить на практике, чтобы полнее использовать потенциал спортсменов, я изучил результаты контрольного эксперимента Национальной баскетбольной ассоциации (НБА), в котором использовались данные сна Андре Игудалы, в настоящее время выступающего за мою местную команду «Голден Стэйт Уорриорз». На рис. 11 показана разница в игре Игудалы, когда он спал ночью более восьми часов, в сравнении с игрой после менее чем восьми часов ночного сна[64].

Разумеется, большинство из нас не выступают за профессиональные спортивные команды. Но многие остаются физически активными в течение всей жизни и постоянно приобретают новые навыки. Двигательная память и общее физическое состояние — неотъемлемая часть нашей жизни, от банальных вещей — таких, как возможность печатать на новом лэптопе или набирать текст на смартфоне другого размера, — до жизненно важных, например овладения хирургом новой эндоскопической процедурой или обучения пилота управлению новым типом самолетов. Следовательно, мы продолжаем нуждаться в фазе медленного сна и должны полагаться на нее, чтобы поддерживать и совершенствовать свои двигательные функции. Родителям будет интересно узнать, что самое важное время обучения ребенка двигательным навыкам приходится на первые года его жизни, то есть на тот период, когда мы учимся стоять и ходить. Неудивительно, что сразу после перехода младенца от ползания к хождению мы можем наблюдать резкий всплеск второй фазы медленного сна, включая рост количества сонных веретен.

Рис. 11. Выступление игрока НБА

Возвращаясь к тому, что много лет назад я узнал в Королевском медицинском центре о повреждениях мозга, теперь я могу сказать, что постепенное восстановление двигательных функций у пациентов, перенесших инсульт, происходит отчасти благодаря еженощной работе сна. После инсульта мозг начинает перестройку сохранившихся нейронных связей и образует ростки новых в обход поврежденной зоны. Эта восстановительная реорганизация и образование новых связей лежат в основе частичной регенерации двигательных функций. Теперь мы располагаем предварительными свидетельствами того, что сон — чрезвычайно важная составная часть процесса нейронного восстановления. На данный момент от качества сна в определенной степени зависит постепенное возвращение двигательных функций и повторное усвоение многочисленных моторных навыков[65]. Если у нас появится больше таких данных, тогда они послужат основанием для более согласованных усилий по превращению сна в приоритетный метод терапевтической помощи пациентам с повреждениями мозга, а возможно, и для внедрения методов стимуляции сна, описанных выше. Сон может сделать многое из того, что в настоящее время медицина сделать не в состоянии. До тех пор пока наши доказательства научно подтверждаются, мы должны использовать этот мощный инструмент для здоровья, чтобы улучшить состояние пациентов.