Тренировка навыков выживания, сопровождавшая возникновение стадии быстрого сна, даровала преимущество, которое позволило фазе REM стать частью существования человека. Но благодаря сложности человеческого мозга эти ночные тренировки вышли на совершенно новый, усложненный уровень, который соответствует возможностям наших нейронных цепей. И новые исследования показывают, что сновидения и ментальная активность во время других стадий сна находятся в сложном взаимодействии, играя жизненно важную роль в нашей способности учиться новым навыкам и сохранять воспоминания, которые дают нам уникальное ощущение себя как личности.
Глава 5
Бег в лабиринте
Сон — это сама память, изменяющаяся прямо на глазах.
Берт Стейтс18
У себя в Массачусетском технологическом институте Мэтью Уилсон целыми днями наблюдает за тем, как спят крысы: «Меня спрашивают, что интересного в крысиных снах, а я отвечаю, что меня интересуют не крысы сами по себе, а то, как в снах выражается память и как это соотносится с нашим субъективным опытом». Студентом он изучал искусственный интеллект, но когда понял, что невозможно построить по-настоящему интеллектуального робота без понимания того, как функционирует мозг, то переключился с инженерной науки на нейробиологию. «Нам надо было разобраться, каким образом то, чем мы занимались днем, влияет на наши сны, как это в них проникает и что это дает нам — кроме возможности сделать очередную запись в “сонном дневнике”. Теперь мы понимаем, что такое влияние существует, что ночная активность мозга — это основополагающая часть обучения и формирования долговременной памяти», — говорит он.
Усмехаясь, Уилсон показывает на горы бумаг, которые громоздятся на всех возможных поверхностях в его кабинете: «Навести здесь порядок — задача невероятной сложности, перед мозгом стоит приблизительно такая же задача. В течение дня я могу урывками сортировать всю эту информацию, отбирать то, что стоит сохранить, раскладывать записи по файлам так, чтобы до них было удобно добраться, но все-таки куда эффективнее было бы заниматься этим после работы, когда меня никто не отвлекает». Он считает, что, когда разум засыпает, у мозга появляется замечательная возможность отфильтровать дневной опыт, оценить его относительную значимость, а затем отправить нужное в огромное хранилище предыдущего опыта — в долговременную память. Потому что в это время у нас нет необходимости вступать в отношения с внешним миром.
Убежденность Уилсона основана на эксперименте, в ходе которого ему привалила редчайшая удача воскликнуть «Эврика!» — такое восклицание можно считать высшей точкой карьеры любого ученого. Задавшись вопросом о том, как работает память, Уилсон решил, что куда удобнее проводить эксперименты на крысах, чем на людях, потому что крыс легче контролировать во время тех испытаний, которым он собирался их подвергать. К тому же он мог точнее анализировать как дневные, так и ночные реакции, поместив микроэлектроды в выбранные им клетки мозга.
Уилсон и его сотрудники натренировали крыс бегать по лабиринту в поисках аппетитно пахнувших шоколадом кусочков пищи. С помощью имплантированных в мозг животных сенсорных датчиков они постоянно регистрировали паттерн импульсов скоплений нейронов, отвечающих за ориентацию животных в пространстве. Нейроны, которые интересовали ученых, находились в гиппокампе — том участке мозга, который изначально задействован в консолидации памяти как у крыс, так и у людей.
Но они также фиксировали, что происходило в этих клетках, когда крысы спали, — и таким образом открыли то, что оказалось потрясающим ментальным воспроизведением полученного опыта. Когда спящие крысы входили в фазу REM и, как принято считать, видели сны, импульсы возникали в тех же скоплениях нейронов, что и при дневной беготне по лабиринту, — такая картина наблюдалась почти в половине из 45 зарегистрированных ими REM-фаз. А это, в свою очередь, подтверждало мысль Джонатана Уинсона о том, что биологическое назначение сновидений состоит в тренировке навыков выживания. Повторы импульсов были настолько точными, что Уилсон мог даже показать, какому именно месту в лабиринте соответствовал тот или иной импульс — где находилась крыса во время дневного своего путешествия и двигалась ли она в этот момент или стояла на месте. При этом путешествие крысы по лабиринту во сне занимало столько же времени, сколько занимало и путешествие наяву. «Это было потрясающее переживание — наблюдать, как животные в течение двух минут снова бегали по лабиринту. Но то был “бег в уме”, во время сна. Вряд ли когда-либо на мою долю выпадет переживание столь же волнующее! То, что я наблюдал, было не рассказом о памяти или моими догадками по поводу памяти: это была память в действии, зримая работа памяти. Чудо науки не в том, что она подтверждает гипотезу, — чудо происходит, когда получаешь данные, на которые и не рассчитывал», — говорит Уилсон.
Результаты этого исследования, опубликованного в 2001 году, стали ключевым компонентом постоянно растущего массива научных данных, указывающих на то, что активность мозга во время фазы быстрого сна необходима для консолидации памяти19. Современные исследования, однако, указывают на то, что это происходит не только в стадии REM, но и в других стадиях сна. Засыпание, медленный сон, фаза быстрого сна — все они играют различные роли в образовании специфических типов воспоминаний, они также могут взаимодействовать в сложной хореографии, необходимой для кодирования информации ради длительного ее хранения. Время, которое мы проводим во сне, — это время, необходимое для включения в ткань памяти новых воспоминаний, и не только потому, что мозг свободен от насущных задач, например решения того, как увернуться от мчащегося на тебя грузовика, но потому что в это время изменяется уровень химических веществ, циркулирующих в мозгу, и происходят физиологические изменения, создающие идеальные условия для реорганизации и укрепления памяти.
Чтобы понять, как влияет на поведение человека та информация, которая обрабатывается мозгом во время сна, нам следует внимательнее присмотреться к тому, как вообще работает память. Прежде всего отбросьте всяческие представления о том, что воспоминания — это нечто вроде ментальных видеозаписей всего, что вам пришлось пережить, хранящихся в центральной файловой системе мозга. Любой наш новый опыт — изучение новой компьютерной программы, велосипедная прогулка в лесу, разговор за обедом с друзьями — сначала хранится в гиппокампе, похожей на подкову структуре в центре мозга, которая повернута наружу и связана с миндалевидным телом, которое, в свою очередь, отвечает как за нашу первичную эмоциональную реакцию, так и за то, какими эмоциями окрашены наши воспоминания. Гиппокамп принимает от органов чувств и от этих эмоциональных цепей всю информацию, касающуюся нашего опыта, и служит своего рода центром обмена информацией, необходимой для построения памяти.
Чтобы опыт закрепился в памяти, информация из гиппокампа должна быть обработана высокоуровневой процессинговой системой неокортекса, где ее сравнивают с ранее закодированным опытом и оценивают. В процесс консолидации также входит отбрасывание того, что мозг считает несущественным. Нобелевский лауреат Фрэнсис Крик и его коллега Грэм Митчисон выступили с теорией о том, что на самом деле мы «видим сны, чтобы забывать». После получения в 1962 году Нобелевской премии за открытие структуры ДНК20 Крик заинтересовался природой сознания. В сферу его интересов, естественно, попал и процесс сновидения, и в 1983 году он предположил, что во время сна память действительно консолидируется и реорганизуется. Согласно выдвинутой Криком и Митчисоном теории «обратного обучения», этот процесс реорганизации памяти включается с помощью хаотичной стимуляции переднего мозга стволом головного мозга. Лишняя информация и не имеющие большого значения мысленные ассоциации, которые подцепили нейронные сети, уходя прочь, появляются в сновидениях, и этим объясняется их причудливый, странный характер. «Ради оптимизации хранения и извлечения воспоминаний мозг должен проделать работу, которая в компьютерном мире называется сборкой мусора, очисткой жесткого диска. Избавление от несущественных фактов и неверных ассоциаций помогает консолидировать те факты, которые важны для будущего поведения. Вот почему эта теория обратного обучения представляется одним из вариантов объяснения того, что фаза быстрого сна необходима для консолидации памяти», — объясняет Кристоф Кох, сотрудник Крика.
Рабочая память состоит из информации, которая присутствует в сознании в данный момент, — это либо только что обретенные знания, либо то, что мы на какой-то срок извлекли из долговременной памяти. Однако наша способность сознательно удерживать информацию в этом недолговечном буфере обмена удивительно ограничена. Если кто-то назовет вам произвольную серию чисел и тут же попросит вас их повторить, вы вряд ли способны удержать их все в памяти и, словно попугай, сможете повторить не более семи цифр за раз — столько, сколько обычно содержится в телефонном номере.
Рабочая память состоит из информации, которая присутствует в сознании в данный момент, — это либо только что обретенные знания, либо то, что мы на какой-то срок извлекли из долговременной памяти. Однако наша способность сознательно удерживать информацию в этом недолговечном буфере обмена удивительно ограничена. Если кто-то назовет вам произвольную серию чисел и тут же попросит вас их повторить, вы вряд ли способны удержать их все в памяти и, словно попугай, сможете повторить не более семи цифр за раз — столько, сколько обычно содержится в телефонном номере.
Когда мы удерживаем информацию в памяти, происходит следующее: в группе связанных между собой нейронов возникает определенный паттерн импульсов, который объединяет все элементы именно этого специфического воспоминания. Когда это воспоминание «проигрывается» заново, оно реактивирует паттерн импульсов тех же самых нейронов, и это приводит к анатомическому изменению, благодаря чему связи между нейронами укрепляются, и с каждым новым «проигрыванием» воспоминания они становятся все сильнее. И, закрепившись таким образом, эти поначалу кратковременные воспоминания переходят в долговременную память. Больные, чья память пострадала из-за повреждений мозга, говорят, что самыми хрупкими оказываются недавние воспоминания — то, что они узнали или пережили за дни, недели или месяцы до того, как мозг был поврежден. А вот более давние воспоминания почти не страдают, потому что у них было больше возможностей для консолидации. Чем чаще реактивируются воспоминания, тем глубже они впечатываются. И спустя какое-то время — а оно может занимать и несколько дней, и годы — воспоминания становятся закодированными в неокортексе, и для того, чтобы вызвать их к жизни, гиппокамп уже не нужен.
Мы формируем два основных типа памяти. В процедурной (ее еще называют имплицитной) памяти хранятся знания о том, как что-либо делать, например, как ездить на велосипеде. То, что содержится в такой памяти, и сохраняется в ней, и может быть из нее извлечено без нашего сознательного участия. Например, нам не надо напрягаться и вспоминать, как следует ставить одну ногу перед другой для того, чтобы ходить, или сознательно обдумывать, каким пальцем нажимать определенную клавишу на клавиатуре компьютера, раз мы уже научились набирать текст. То есть мы консолидировали в памяти эти умения и навыки. Точно так же, учась говорить, мы бессознательно впитываем правила грамматики.
Многие психологи считают, что какие-то события могут активировать ранние детские воспоминания как воспоминания процедурные и повлиять на наше поведение, даже если эта активация произошла без нашего сознательного участия. Предположим такую ситуацию: родители уехали на чью-то свадьбу и оставили малыша с тетушкой Агатой. Так уж случилось — самолеты не летали или произошло еще что-то непредвиденное с транспортом, — но им пришлось задержаться на пару дней. Маленький мальчик впервые расстался с родителями, и неудивительно, что он испытывал горе и беспокойство. Осознанных воспоминаний о тех днях у него не сохранилось, но потом, когда к ним являлась с визитом тетя Агата, он испытывал необъяснимую дрожь в коленках при ее виде: эта реакция была основана на процедурных воспоминаниях, связанных с тетей Агатой.
Как считает нейробиолог из Университета Нью-Йорка Джозеф Леду, та система мозга человека, которая отвечает за процедурное обучение, возникла еще с появлением первых млекопитающих и работает независимо от нашего сознания, но не потому, что подчиняется какому-то грандиозному плану, призванному скрывать от нас самих аспекты нашей ментальной жизни — как мог бы трактовать это Фрейд, — а просто потому, что сознательный мозг не может напрямую воздействовать на эту систему. Известный своими исследованиями биологической основы эмоций и памяти, Леду указывает на то, что процедурное обучение формирует наши основные характеристики: походку, манеру разговора, то, на что мы обращаем внимание и что игнорируем, как мы эмоционально реагируем на неудачи или неблагоприятные обстоятельства. «Память — это то, что делает нас такими, какие мы есть, — пишет Леду в своей книге “Синаптическое Я”. — Однако имейте в виду, что воспоминания распределены по многим системам мозга и не всегда, и даже далеко не всегда, мы можем сознательно их извлечь».
Вторая категория памяти (а именно она приходит на ум, когда люди говорят о памяти) доступна нашему сознанию и называется памятью декларативной, или эксплицитной: это когда мы знаем «что», но не «как». В свою очередь, декларативные воспоминания существуют в двух вариантах. Семантическая, или фактическая, память — это общие знания о мире, как, например, знание того, что Джон Кеннеди был убит 22 ноября 1963 года или что «фольксваген» — это автомобиль определенной формы и размера. И есть так называемая эпизодическая, или автобиографическая, память, в ней хранится то, что происходило лично с вами: то, чем вы занимались в тот роковой ноябрьский день 1963 года, или как в одно прекрасное давнее лето вы ехали в разбитом красном «фольксвагене» со своим лучшим другом по колледжу. Декларативные воспоминания обычно вызываются эксплицитно, то есть явным образом: мы знаем характер информации и намеренно вызываем ее в сознании, даже если порою попытки эти бывают безуспешными — как, например, попытки вспомнить чье-то имя или название навязчивой песенки. Поражение гиппокампа приводит к амнезии. Страдающие амнезией сохраняют доступ к процедурной памяти и к некоторым моментам в фактической памяти: они, как правило, помнят, как говорить, как обращаться с чашкой, как открывать дверь или даже как водить автомобиль, но утрачивают автобиографическую память.
Автобиографическая память человека представляет собою более сложную и продвинутую версию той системы памяти, которой пользовались крысы Мэтью Уилсона, когда воспроизводили во сне свое путешествие по лабиринту. В гиппокампе крыс есть клетки, которые называют «нейронами места»: они инициируются, когда крыса находится в определенном месте в пространстве, и затем снова инициируются, когда крысу опять помещают в то же место — или, как показало исследование Уилсона, когда они во сне мысленно воспроизводят пребывание в этом месте. Людская память привязана к местоположению таким же образом. Исследование лондонских таксистов с помощью визуализации мозга показало, что, когда таксистам просто показывали на карте маршруты, по которым они ездили чаще всего, в мозгу активировались те же самые участки, которые были задействованы, когда они действительно ездили по этим маршрутам. Но поскольку человеческий мозг развивался комплексно, гиппокамп стал играть более существенную роль и стал ключевым элементом системы отслеживания эмоционально окрашенной автобиографической памяти.
Все эти виды памяти хранятся в нейронных сетях, разбросанных по разным участкам мозга. Невролог Антонио Дамасио пишет в своей книге «Чувство происходящего» (The Feeling of What Happens): «В мозгу нет какого-то одного конкретного места, куда можно заявиться, например, со словом “молоток” и получить точное словарное определение того, что есть молоток». На самом деле в мозгу содержится какое-то количество различной информации по поводу молотка, соответствующей нашим прошлым взаимодействиям с молотками: их форма, движения руки при работе молотком, результаты этой работы, а также слово, обозначающее этот предмет в нашем родном языке. И когда мы вызываем в воображении образ молотка, возникают и все эти составляющие, при этом мы не замечаем никаких «стыков» между ними: они появляются все разом.
Так же сохраняются и всплывают автобиографические воспоминания о событиях, происходивших в нашей жизни. Звуки, виды, эмоции, ассоциирующиеся с определенным опытом, — все они закодированы в различных нейронных сетях. Когда мы вспоминаем день свадьбы или праздник по случаю собственного десятилетия, перед нашим мысленным взором всплывает не какой-то моментальный снимок, застывший кадр: мы скорее мгновенно составляем мозаику из ярких кусочков, извлеченных из разных хранилищ (аромат цветов и звуки музыки в церкви; вкус шоколадного торта, радость, которую вы испытали, увидев главный подарок — щенка с праздничным бантиком на шее).
Какое-то нынешнее переживание может вызвать к жизни лишь один из кусочков этой мозаики, но может включить всю сеть взаимосвязанных клеток мозга, и воспоминание всплывает в его целостном виде. В своем знаменитом цикле из семи романов «В поисках утраченного времени» Марсель Пруст блестяще иллюстрирует этот процесс, когда описывает ощущение невероятной радости, «беспричинного восторга», охватившего рассказчика, когда он попробовал размоченное в чае печенье «мадлен». Затем он понимает, что ощущение счастья вызвано именно этим вкусом — такую же радость он испытывал ребенком, когда по воскресеньям навещал любимую тетушку и она угощала его размоченным в чае печеньем. С тех пор он уже больше никогда не ел этого печенья, но вкуса его было достаточно, чтобы автоматически вызвать в памяти эмоционально окрашенные картинки давних воскресных чаепитий21. «Пруст, более чем на полстолетия опередив ученых, добился невероятного понимания того, как возникает воспоминание — оно возникает как результат тонкого взаимодействия между прошлым и настоящим», — пишет в своей книге «В поисках памяти» (Searching for Memory) декан факультета психологии Гарвардского университета Дэниел Шактер.