Procesy przetwarzania pamięci a powstawanie marzeń sennych (część pierwsza)

Ponad 100 lat temu Zygmunt Freud spopularyzował pogląd mówiący, że sny są wynikiem złożonych mechanizmów psychologicznych, odmiennych od tych, które uczestniczą w powstawaniu myśli, uczuć i wspomnień naszej codziennej aktywności, a z ich treści można odczytać ukryte znaczenie zaszyfrowane pod postacią języka symboli. Chociaż do dziś można doszukać się znikomej ilości dowodów empirycznych potwierdzających tę tezę, to pogląd ten zakorzenił się na dobre w psychologii ludowej.

Odmienne podejście do tematu teorii snów zaprezentowali w roku 1977 panowie Hobson i McCarley, formułując teorię aktywacji-syntezy. Jej podstawowe założenie, wyraźnie przeciwstawne do hipotezy Freuda mówi, że sny powstają w wyniku chaotycznie generowanych wyładowań neuronów pnia mózgu podczas snu REM. Doświadczenie stanu, który odbieramy jako sen jest wynikiem próby uporządkowania tych sygnałów w logiczną całość przez wyższe ośrodki korowe.

Jak się okazuje, przerywane wyładowania neuronów pnia mózgu są faktycznie jedną z głównych cech fazy REM, podczas której zachodzą intensywne procesy śnienia. Teoria aktywacji-syntezy mogłaby więc doskonale i w prosty sposób tłumaczyć mechanizmy powstawania marzeń sennych, jednak na przeszkodzie ku jej niezawodności stoi pewien prosty fakt – już w latach 60-tych zauważono, że sny, niekiedy równie intensywne, dziwaczne i posiadające skomplikowaną strukturę narracyjną podobnie jak we śnie REM, występują także i w pozostałych fazach snu, łącznie z najgłębszymi stadiami snu wolnofalowego! Fakt ten stanowi zatem przeszkodę dla wszelkich modeli snu sugerujących związek specyficznych dla fazy REM cech fizjologicznych z powstawaniem marzeń sennych.

Jednak postępy, jakie poczyniła ostatnio neurobiologia poznawcza w zakresie badań nad pamięcią, pozwoliły nieco inaczej spojrzeć na procesy śnienia, które w świetle tych badań uważane są za formy spontanicznej aktywności poznawczej mózgu w trybie off-line (czyli  „wewnętrznej” aktywności, w którą mózg angażuje się podczas ograniczonego dopływu bodźców sensorycznych z zewnątrz), obejmującej reaktywację i procesy przetwarzania śladów pamięciowych podczas stanu spoczynku. Obecnie istnieje mnóstwo dowodów eksperymentalnych sugerujących, że w trakcie snu odbywa się (na poziomie neuronalnym, poprzez aktywowanie odpowiednich obwodów nerwowych) wielokrotne powtarzanie przeżywanych w ostatnim czasie doświadczeń, co z kolei odgrywa krytyczną rolę w konsolidacji i ewolucji pamięci, pomagając nam w przetworzeniu informacji dotyczących minionych doświadczeń i przygotowania nas na przyszłe wydarzenia.

Ostatnie badania nad neurobiologią pamięci wskazują, że powtarzanie minionych doświadczeń odbywa się zarówno podczas snu jak i w okresach wyciszenia w stanie czuwania. W badaniach na modelu szczurzym wykazano, że podobne wzorce aktywności sieci neuronów w mózgu obserwowane podczas eksplorowania przez zwierze otoczenia, rejestrowano także podczas spoczynku lub zapadnięciu w sen. Początkowo takie powtarzanie wzorców aktywności sieci nerwowych obserwowano w systemie pamięci znajdującym się w hipokampie, później okazało się jednak, że reaktywacja wzorców neuronalnych zachodzi jednocześnie także w innych obszarach kory szczura. Podczas snu reaktywacja pamięci najczęściej obserwowana byłą podczas snu NREM, następującego od razu po zachowaniach eksploracyjnych (uczeniu się), a siła efektu malała istotnie podczas pierwszej godziny spoczynku. Analogiczne wyniki uzyskano dla ludzi, jednak zamiast rejestracji sygnałów z implantowanych elektrod, wykorzystano metody neuroobrazowania mózgu, pokazując, że obszary kory będące aktywne podczas uczenia się zadania są aktywne także podczas snu mającego miejsce tuż po treningu. U osób, które nie brały udziału w uczeniu się zadania, wzrostu aktywacji tych rejonów podczas snu nie obserwowano. Ponowne przetwarzanie off-line nabytej informacji bezpośrednio po fazie uczenia wydaje się odgrywać rolę w utrwalaniu niestabilnych śladów pamięciowych w procesie znanym jako konsolidacja pamięci.

Wiele dowodów wskazuje także i na to, że przetwarzanie śladów pamięciowych przez ich powtarzanie może mieć związek z doświadczaniem zjawiska śnienia. W szczególności podczas wczesno nocnego snu NREM, kiedy to przetwarzanie informacji nabytych za dnia przebiega najintensywniej, treść snów wydaje się w najwyższym stopniu odzwierciedlać przeżycia poprzedzające sen, tym bardziej, gdy były to przeżycia silnie angażujące i towarzyszyły im silne emocje. Przykładowo, u osób, które przez dłuższy czas grały w grę Alpine Racer 2, w początkowej fazie snu następującej po sesji grania, na około 1/3 snów tych osób składały się myśli i obrazy związane z grą (np. „widziałem wszystkie te miejsca, w które wpadałem, jakbym uderzał o ściany. Było to trochę irytujące; następnie moje nogi uniosły się w powietrze...”).

Podejście nieeksperymentalne (np. analiza treści snów) również sugeruje, że niedawne doświadczenie na jawie często jest reprezentowane w snach. Analiza porównawcza setek opisów snów oraz możliwych źródeł pamięci z okresu czuwania (zapiski z pamiętników itp.) wykazała, ze 51% snów zawierało co najmniej jedną cechę charakteryzującą się silnym podobieństwem do minionych doświadczeń na jawie. Co ciekawe, dokładne odwzorowanie jakiegokolwiek wydarzenia z jawy podczas snu jest jednak bardzo rzadkie i pojawiało się jedynie w przypadku około 2% wszystkich przeanalizowanych snów. Z kolei pewne elementy przeżytych doświadczeń (postacie, motywy) są zazwyczaj włączane do snu, ale bez powielenia oryginalnego kontekstu, który towarzyszył tym elementom na jawie.

Wiele danych behawioralnych pochodzących z badań na ludziach wskazuje, że sen po okresie nauki poprawia pamięć nowo nabytych informacji. Przetwarzanie off-line informacji przez jej powtarzanie przez śpiący mózg może być kluczowym aspektem przetwarzania zasobów pamięci zależnych od snu. Jak się okazuje, wykazana za pomocą technik neuroobrazowania u ludzi reaktywacja śladów pamięciowych pozwala przewidzieć poprawę pamięci nauczonego zadania, co da się potwierdzić podczas powtórzenia tego samego zadania po przebudzeniu. Co więcej, kilka innych doświadczeń pokazało, że dostarczenie bodźców sensorycznych związanych z samym procesem uczenia się (przykładowo, zaprezentowanie tego samego dźwięku obecnego podczas procesu uczenia się) osobie śpiącej, poprawia późniejsze wykonanie nauczonego zadania, prawdopodobnie poprzez reaktywację obwodów neuronalnych za nie odpowiedzialnych, podczas snu.

Badanie reaktywacji śladów pamięciowych służących, jako czynnik prognostyczny poprawniejszego wykonania zadania może wskazywać także na związek przetwarzania śladów pamięciowych zależnych od snu z procesami śnienia u ludzi. W pewnym eksperymencie ochotnicy, którzy przeszli trening polegający na poruszaniu się po wirtualnym labiryncie, albo zdrzemnęli się na 90 minut, albo pozostali w stanie czuwania. Jak się można było spodziewać, drzemka po treningu wpłynęła pozytywnie na ponowne wykonanie zadania z labiryntem. Dodatkowo jednak zbierano od uczestników opisy ich snów i analizowano je pod kątem występowania treści związanych bezpośrednio z wykonywanym przed snem zadaniem. Okazało się, że uczestnicy, którym śniły się elementy związane z wykonywanym wcześniej zadaniem, wykazali dużo lepszą umiejętność ponownego wykonania tego zadania po przebudzeniu, niż osoby, których sny nie były związane z tym zadaniem.

Chociaż autorzy tych badań nie sugerują, że same mechanizmy konsolidacji pamięci mogą tłumaczyć powstawanie doświadczeń mentalnych podczas jakiegokolwiek stanu świadomości, ani nie uważają, że śnienie o zadaniu, którego się uczyliśmy wpływa na poprawę wykonania tego zadania po przebudzeniu, to wydaje się, że doświadczanie marzeń sennych jest odzwierciedleniem procesów pamięciowych zachodzących w śpiącym mózgu. Możliwe, że mechanizmy przetwarzania śladów pamięciowych na poziomie neuronalnym wspomagają konsolidację pamięci zależną od snu i wpływają na poprawę wykonania nauczonego zadania po przebudzeniu, podczas gdy jednocześnie uczestniczą w konstrukcji snów. Wart uwagi jest fakt, że sposób przetwarzania śladów pamięciowych opisany na modelu szczurzym nie może być jedynym mechanizmem neuronalnym uwikłanym w procesy śnienia, gdyż poszczególne epizody przetwarzania (powtarzania) tych śladów, występują podczas wyładowań neuronów trwających jedynie części sekundy, a więc w bardzo krótkiej skali czasowej. Natomiast marzenie senne może skupiać się na pojedynczym „zdarzeniu” pamięciowym przez dłuższy okres czasu. W związku z tym, procesy przetwarzania pamięci należy postrzegać jako tylko wnoszące wkład w proces konstrukcji marzeń sennych.

cdn..


Żródło (cz.1 i cz.2): Current Biology 20(23): R1010-R1013.

Foto: CollegeDegrees 360, CC BY-SA 2.0