Совет «перед экзаменом лучше поспать» получил неожиданное подтверждение в эксперименте на крысах. Оказалось, что это справедливо не только для Homo Sapiens. Исследователи обнаружили, что во время сна и спокойного отдыха мозг животных не просто закреплял уже выученное, а перестраивал полученную информацию так, что после пробуждения крысы внезапно начинали решать новые задачи значительно быстрее. Работа опубликована 3 сентября в Nature Communications.
Сначала животных около 50 дней — шесть-восемь недель — учили довольно сложному правилу. Шесть разных вкусовых сигналов соответствовали шести определенным местам в восьмилучевом лабиринте, где крысу ждала награда. На освоение этой системы с нуля уходило в среднем более 16 тренировочных сессий. По данным авторов исследования, за это время у животных формировалась своего рода «ментальная схема» — общее правило, связывающее сигнал с местом.
Затем исследователи меняли сразу от трех до всех шести знакомых связей. Каждую новую комбинацию крыса встречала всего три раза. Сразу после этого ее результаты оставались примерно на уровне случайного угадывания. Но после периода сна или спокойного отдыха происходил резкий скачок: в следующей сессии животные одновременно начинали правильно использовать несколько совершенно новых связей. В среднем то, на освоение чего первоначально требовались недели, после формирования общей схемы крысы усваивали примерно за одну сессию.
Ученые одновременно записывали активность гиппокампа — области мозга, играющей важную роль в памяти и пространственной ориентации, — и префронтальной коры. Во время отдыха они увидели короткие всплески активности гиппокампа, известные как sharp-wave ripples. В эти моменты нейронные сети создавали новые сочетания активности, соответствовавшие правильным решениям, которые животное еще не продемонстрировало в лабиринте. Иными словами, мозг во время отдыха как будто заранее собирал правильный ответ из уже имеющихся знаний.
Чтобы выяснить, действительно ли эти всплески активности необходимы для быстрого обучения, ученые провели второй эксперимент. Во время отдыха они точечной электрической стимуляцией нарушали эти всплески в гиппокампе. Поразимтельная история: после этого резкий скачок в результатах исчезал - крысы продолжали учиться, но уже постепенно, без прежнего “озарения”. Когда стимуляцию подавали с задержкой и сами всплески не нарушались, эффект быстрого обучения сохранялся.
Авторы называют наблюдавшееся явление insight-like learning — обучением, похожим на озарение, или вдохновение, если угодно. Они не утверждают, что крыса переживает человеческое «Эврика!» или сознательно обдумывает задачу во сне. Речь о другом: накопив достаточно знаний о принципе задачи, мозг во время паузы способен самостоятельно перестроить их и подготовить решение, которого до отдыха еще не было в поведении животного. По сути, ученые наблюдали один из возможных нейронных механизмов того, что у человека называют интуицией: мозг без участия сознания перерабатывает накопленный опыт и выдает решение, которое затем воспринимается как внезапное озарение.
Это не значит, что студентам вообще не надо заниматься перед экзаменом. Крысам сначала пришлось долго учиться, прежде чем сон начал давать такой эффект. Но исследование хорошо показывает, почему последняя ночь зубрежки без сна может быть плохой стратегией: мозгу требуется время без новой информации, чтобы привести уже полученные знания в порядок.
Олег Керем