Пока для Борна на первом плане решение другой проблемы: он хо­чет выяснить, что же происходит в мозге во время сна. Эксперименты с электрическим колпаком должны прояснить функции глубокого сна. Они призваны подтвердить то, что множество сомнологов во всем мире вот уже 10 лет наблюдает в своих опытах: судя по всему, одна из важ­нейших задач сна — помогать мозгу в обучении.

Загадка памяти

На нижнем крае коры больших полушарий, там, где она прогибается вовнутрь над промежуточным мозгом, в голове имеется отросток ха­рактерной формы, напоминающий морского конька. Поэтому его назы­вают латинским именем этой забавной рыбки: гиппокамп.

Эта область мозга необычна не только по форме. Именно здесь ученые отыскали центр управления декларативной памятью. Мно­жество информации, которую мы осознано воспринимаем в течение дня, — в отличие от бессознательного, автоматического, так называ­емого «процедурного» восприятия — откладывается в гиппокампе, но лишь на короткое время: это, к примеру, воспоминание о том, ка­кое именно варенье мы мазали на хлеб за завтраком, соображение, что нужно купить новый тюбик зубной пасты, имя нового коллеги по работе, роман, который мы читали перед сном, и тысячи других более или менее важных вещей.

Именно во сне, когда связь с внешним миром оборвана и бодрству­ющее сознание отключено, морской конек начинает активную работу. Сейчас, когда ему ничего не надо воспринимать, он сам «передает» сигналы и тем самым вызывает повторение событий, зачастую пере­житых наяву лишь один раз. Таким образом, от него зависит, какие сведения постепенно закрепятся в долговременной памяти. «Во сне дневная информация реактивируется и посылается в виде импульсной проекции множества нервов в те части коры больших полушарий, где эти впечатления исходно обрабатывались. Там новое знание связыва­ется с долговременной памятью», — поясняет Борн.

Этот процесс называется консолидацией памяти. Из бесконечного потока информации, воспринятой в состоянии бодрствования, под­держиваются, долгосрочно сохраняются и связываются с прошлым опытом лишь те данные, которые представляются действительно важными. Гиппокамп, по словам Борна, служит своего рода буфер­ным запоминающим устройством: «Здесь информация, опыт, впечат­ления сохраняются предварительно на несколько суток, прежде чем перейти — вероятно, при подключении процессов отбора и просеи­вания несущественной информации — в долговременную память».

Чем важнее событие, тем интенсивнее и чаще будет воспроизводить его гиппокамп в ближайшее время и тем прочнее оно запечатлеется в долгосрочной памяти. Спустя какое-то время данные стираются из про­межуточного хранилища. То что до тех пор не попало в долговремен­ную память, забывается.

В самой коре больших полушарий нет специальных клеток памяти. Воспоминания хранятся в бесчисленных возможных моделях возбуж­дения, которые мозг держит наготове в обрабатывающих информацию ареалах. Каждое воспоминание связано с такой моделью. Например, если мы ощущаем аромат и одновременно видим цветок, от которо­го он исходит, во всех ареалах мозга, обрабатывающих обонятельные и зрительные впечатления, активные в этот момент клетки порождают уникальную модель пульсации. Когда мы в будущем вспомним эту си­туацию, возбудятся те же клетки, возникнет та же модель — и получит­ся, будто мы снова ощущаем аромат и видим цветок.

Для того чтобы это произошло, контакты нейронной сети, задейс­твованной при первом впечатлении, должны быть усилены в процессе консолидации памяти. Между нейронами-участниками возникают но­вые, углубленные, особенно прочные и легко возбуждаемые контакты,

благодаря которым типичная модель, связанная с данным воспомина­нием, вспыхивает в мозге всякий раз, как активируется хотя бы часть данной сети. Таким образом гиппокамп путем повторения временно со­храненной информации оставляет прочные следы в бесконечно слож­ной сети из многих миллионов нейронов. На следующий день, а также много лет спустя, достаточно крошечной отдаленной ассоциации — и воспоминание возвращается.

Виртуальное птичье пение

Что память образуется именно так — только предположение. Реальные процессы, вероятно, намного сложнее, чем эта упрощенная модель. Ис­следователь Ханс-Йоахим Маркович из Билефельдского университета пишет, что консолидация затрагивает не только гиппокамп и кору боль­ших полушарий, но и другие структуры мозга и «вероятно, представляет собой многоступенчатый процесс». Тем не менее вышеописанная мо­дель, судя по всему, не слишком далека от истины. И как раз то обстоя­тельство, что образование памяти на значительную часть происходит во сне, сейчас достаточно хорошо доказано.

Что люди легче вспоминают заученное после того, как поспят, из­вестно давно. В 1924 г. американские психологи Джон Дженкинс и Карл Далленбах экспериментально доказали, что подопытные лучше воспро­изводили бессмысленную последовательность слогов, если между за­учиванием и проверкой им давали поспать. Этот результат за минувшее столетие был многократно подтвержден. Тот факт, что детям требуется намного больше сна, чем взрослым, тоже достаточно ясно указывает на то, что мозг нуждается в сне для обучения. Ведь если есть что-то, что дети делают значительно чаще, чем взрослые, то это обработка новых впечатлений и приобретение двигательных навыков.

Реальную картину механизма памяти в спящем мозге нейробиологи смогли представить себе лишь в 1994 г. Тогда американцам Мэтью Уил­сону и Брюсу Мак-Нотону из Аризонского университета удался потря­сающий эксперимент: они вживили в мозг трем крысам одновременно 12 электродов. Каждый электрод имел несколько принимающих кана­лов и мог регистрировать сразу целую группу сигналов. Таким обра­зом ученым удалось путем сложной обработки данных одновременно прослушивать сотни единичных нейронов. Электроды были направлены точно на так называемые «нейроны места» в гиппокампе. Эти клетки возбуждались всякий раз, когда крысы запоминали определенные признаки окружающего пространства. Затем исследователи выпустили грызунов в лабиринт и стали регистрировать силу и продолжительность возбуждения нейронов места.

Самое интересное началось, когда животные первый раз после экс­перимента заснули и вошли в стадию глубокого сна: «Группы нейронов, одновременно активизировавшиеся во время обследования лабирин­та, во время сна также возбуждались синхронно», — вспоминает МакНотон. Во время последнего сна перед началом эксперимента рисунок возбуждения в гиппокампе подопытных крыс был совершенно другим.

Мэтью Уилсон, сотрудник Массачусетского института технологии (Кембридж, США) резюмирует полученные результаты так: «Во сне крысы снова проходили лабиринт. Не хватало только мышечного дви­жения». Правда, все происходило намного быстрее, чем в реальности, «как будто магнитофон включили на перемотку», — говорит Мак-Нотон. И неудивительно: «если бы животные стали повторять впечатления в режиме реального времени, у них не осталось бы времени на бодрс­твование».

Что эти результаты верны и для других видов животных и систем памяти, подтвердилось в 2000 г., когда биолог Дэниэл Марголиаш из Чикагского университета опубликовал отчет об экспериментах с зебро­выми амадинами. Эти певчие птички семейства вьюрковых ткачиков в молодости целый день упражняются в пении и при этом бессознательно заучивают правильную, так называемую сенсомоторную, связь между движениями тела, например, положением клюва, и производимыми звуками.

Модель корреляции в мозгу крысы: В сети из 42 нейронов гиппокампа в мозгу крыс (точки) во время глубокого сна после эксперимента с лабирин­том особенно часто одновременно активизируются те же клетки, что и во время самого эксперимента (жирные линии). Во время глубокого сна до эк­сперимента картина была иной.