Ciljna reaktivacija pomnilnika vas bo naredila pametnejša kot spite

Ta zgodba Kate Baggaley se je prvotno pojavila v Van Winkles, publikaciji, posvečeni spanju.

Na eni točki v filmu Marcel Proust "V iskanju izgubljenega časa" pripovedovalec prekine z navado, da vzame nekaj čaja in piškotek iz madeleine. V trenutku, ko okusi »toplo tekočino, pomešano z drobtinami«, je z veseljem premagal. Okus čaja in peciva prikliče spomine na njegovo mladost, visceralno povezavo z jutranjim ritualom, ki ga je delil s svojo teto.

Kot je Proustov pripovedovalec spoznal, so naši čuti močni ključi spomina. Izkazalo se je, da je to res v spanju, kot v budnem stanju. Medtem ko se ne moremo dejansko naučiti novih informacij, ko smo doze, raziskovalci so trdo delajo na proces, ki poveljnik naših čutov, da bi dremež možganov okrepiti ali vrgel ven, kaj je že sprejeta v. Tehnika, imenovano Targeted Memory Reactivation (TMR) t uporablja zvoke in vonjave, da poveča procese krepitve spomina, ki se zgodijo med spanjem. In če se izkaže za tako učinkovito, kot verjamejo znanstveniki, ga bomo morda lahko uporabili za povečanje naše sposobnosti, da absorbiramo novo učenje, ublažimo občutek travmatičnih spominov ali celo spremenimo način razmišljanja ljudi.

»Potencialne aplikacije so ogromne,« pravi Susanne Diekelmann, raziskovalka na Univerzi v Tübingenu v Nemčiji, ki že nekaj let raziskuje TMR.

Skratka, omogočilo bi nam, da bi raziskali in izkoristili nadzor vezi med spanjem in spominom. »Pomnilnik je pomemben za identiteto in kakovost življenja, zato, če lahko TMR pomaga spominu, lahko pomaga širše,« pravi James Antony, vrhunski nevroznanstvenik na Univerzi Princeton. "Ker na veliko načinov delamo to … poskušamo zbrati spomine."

KAKO SLEEP ODPRAVA NAŠE SPOMINE

Vsak dan smo bombardirani z informacijami - oglasi, pogovori, tweetovi, posnetki, kulise, hlače. Do takrat, ko se podamo pod prevlekami, smo zbrali niz krhkih, na novo izkopanih spominov, ki so zgrajeni iz povezav med nevroni. Veliko teh spominov, kot je to, kar jemo za kosilo vsak dan, bledijo s časom. Druge so okrepljene in pretvorjene v dolgoročne spomine. Ta proces, imenovan konsolidacija spomina, se zdi, da se pojavlja predvsem med počasnim spanjem. Temeljni proces se imenuje neural Replay. Učenje novega dejstva ali obraza (imenovano kodiranje pomnilnika) ustreza posebnemu vzorcu nevronskega žganja. Pozneje, med spanjem, naši zmajoči možgani ponovijo isti vzorec neuralnega streljanja. To je avtomatska igra učenja in ponovitve, ki po teoriji pomaga trdno vstaviti spomine v možgane.

„Kot da se vaši možgani vadijo in vadijo te spomine, pravi Penny Lewis, nevroznanstvenik in znanstvenik za spanje na Univerzi v Cardiffu v Walesu, ki se ukvarja s konsolidacijo spanja in spomina.

Za vsak pomnilnik je vzorec nekoliko drugačen. Toda te mreže se prekrivajo. »Vsak kos znanja, ki ga imate, je povezan z drugimi stvarmi,« dodaja Antony. Torej, ko naš spalni možgani ponavlja spomine, jih ne samo krepi - v njih vstavlja nove informacije, ki ste jih vzeli v obstoječe mreže znanja. Spomnimo se, na primer, tvoje zadnje potovanje na plažo. Morda se boste spomnili valov, ki se razbijajo ob obali, peska peska proti prstom, čustva, ki so jih vzburili vaši spremljevalci. Ti fragmenti so shranjeni v različnih delih možganov. "Verjetno je, da ko se spomin ponovno predvaja, je to popolna multisenzorična izkušnja," pravi Lewis.

Z TMR bomo lahko te procese oblikovali z uporabo vonjev ali zvokov (ki smo jih sprva doživeli, ko smo budni in spoznali nove informacije), da bi sprožili ponovitev. Pravi vonji ali zvoki lahko pospešijo proces konsolidacije spomina in pomagajo okrepiti - ali celo spremeniti - spomine.

ZGODOVINA TMR

Znanstveniki so najprej spoznali, da lahko senzorični signali vplivajo na spomin med spanjem v 80. letih prejšnjega stoletja, ko so pri podganah, ki so bili dvakrat pretreseni, opazili večjo spominsko aktivacijo - med učno nalogo in nato spanjem. Nato je leta 1990 ekipa v Kanadi združila zvok z utripajočo uro z logično nalogo. "Zamisel je bila, da" spomnimo "predmet na" delo "na utrditev spomina na našo majhno nalogo," čeprav so verjetno imeli pomembnejše spomine, ki jih je bilo treba utrditi, se spominja Carlyle Smith, eden od vodilnih svetovnih raziskovalcev za spanje in direktor laboratorija za raziskovanje spanja Trent v Ontariu.

Smith je hotel zbrati dokaze, da se je v spominu utrdilo spomin, kar so mnogi znanstveniki v tistem času dvomili. Nekaj ​​se je lotil, vendar se je njegovo delo večinoma prezrlo, saj je bilo pred začetkom odkritja o ponovitvah, ki so temelj znanstvenega razumevanja spanja in spomina.

Leta 2007 je Björn Rasch, biopsiholog in sodelavec Diekelmanna na Univerzi v Fribourgu v Švici, oživil TMR z različico koncentracije spominskih iger. Čeprav so se ljudje naučili povezovati slike kart z določenimi lokacijami na računalniškem zaslonu, so znanstveniki črpali vonj vrtnic. Ta vonj, ki se je razlil v ozadje, se je v mislih ljudi povezal s tem, kar so se učili. Tisti, ki so bili med spanjem ponovno izpostavljeni aromi, so imeli prednost pri spominjanju postavitve kart.

Navdušena je, da je ekipa še naprej raziskovala tehniko, za katero so ugotovili, da lahko spomine postanejo bolj stabilni in to počnejo hitreje, kot bi bili sicer. Različni drugi vonji, ki so jih odkrili, so delali enako dobro, da so imeli spomine. Vendar še niso vedeli, koliko informacij bi bilo mogoče pripeti na en vonj ali če bi vonj sčasoma izgubil moč spomina.

Ko so bili nekateri zvoki ponovno predstavljeni med počasnim valovanjem, so se subjekti natančneje spomnili lokacij za povezane slike.

Ni bilo dolgo, preden so znanstveniki odkrili, da je tudi zvok učinkovit sprožilec. V enem poskusu so bili subjekti zaprošeni, da si zapomnijo mrežne koordinate slike, kot so mačka ali kotliček, ki je bila seznanjena z ustreznim zvokom, kot je meow ali piščal. Ko so bili nekateri zvoki ponovno predstavljeni med počasnim valovanjem, so se subjekti natančneje spomnili lokacij za povezane slike.

ZMOGLJIVOSTI TMR

Čeprav je TMR v povojih, so raziskovalci že videli velik napredek pri tem, kaj lahko storijo. In potencial se zdaj zdi brezmejen.

Zdi se, da TMR povečuje motorične sposobnosti in eksplicitne spomine. Antony in njegovi sodelavci so izvedli poskus z igro, ki spominja na »Guitar Hero«. Udeleženci so spoznali dve različni melodiji, od katerih je bila ena posneta med spanjem. Kasneje so lahko natančneje predvajali melodijo spanja kot drugo.

Tudi mi lahko uporabimo TMR za spreminjanje spominov. Nedavno sta Diekelmann in njena skupina poročala, da je TMR pomagal moškim ugotoviti skrite vzorce in preoblikovati svojo intuicijo v razumevanje (ženske niso prejele tako pomembne spodbude, vendar večina TMR raziskav ne kaže razlike med spoloma).

Ko je Penny Lewis z Univerze v Cardiffu poslušala »melodije, ki so jih ljudje že prej izkoristili, so ljudje postali hitrejši in boljši pri pisanju pesmi.

In ko so Baterink in podjetje prosili ljudi, da razdelijo besede, sestavljene v skladu s snovanim slovničnim sistemom, se je zdelo, da jim TMR pomaga razumeti pravila sistema. "To so zelo majhni učinki," pravi Batterink. "Ni tako, da so dvakrat boljši."

Še vedno pa je navdihujoče. Znanstveniki celo preučujejo, ali TMR lahko vpliva na utrditev čustvenih spominov. Lewis, na primer, se ukvarja s tem, ali lahko sprožitev spomina med spanjem povzroči, da so manj zaskrbljujoči.

"Imamo nekaj zelo lepih podatkov, ki kažejo, da lahko," pravi.

Lewis in njeni sodelavci predstavijo ljudem moteče slike (kot so avtomobilske nesreče), povezane z zvokom. Po spanju se zdi, da ljudje te slike manj obremenjujejo, če se ponovno aktivirajo s TMR. Ena razlaga za ta pojav je lahko v nevrotransmiterju, imenovanem noradrenalin, ki se med spanjem REM močno zmanjša. Pomaga nadzorovati fiziološke odzive strahu našega telesa, kot so povečanje srčnega utripa, potenje ali razširitev zenice.

Lewis se ukvarja s tem, ali lahko sprožitev spomina med spanjem povzroči, da so manj zaskrbljujoči. "Imamo nekaj zelo lepih podatkov, ki kažejo, da lahko," pravi.

"Zamisel je, da če boste v tistem času ponovno posneli te spomine, dejansko ne boste imeli čustvenega odziva," pravi Lewis. "Tako da bi jo lahko ponovili brez fiziološkega odziva in pomagali ljudem, da bi ločili spomin od čustev."

Težko si je zamisliti TMR kot zdravljenje za travme, vključno s PTSP. To je vznemirljiva možnost, toda za zdaj, celo v zgodnjih poskusih, ki vključujejo tiste, ki vznemirjajo spomine, je še prezgodaj za kakršne koli sklepe, pravi.

»Potrebujemo dobro bazo podatkov, preden jo lahko prenesemo na bolnike, ker ni povsem jasno, kaj bo to storilo,« pravi Rasch. "Ali to dejansko pomaga ljudem, da reaktivirajo ta travmatični spomin med spanjem, ali pa stvari še poslabšajo?"

Rasch in njegovi sodelavci prav tako raziskujejo, kako lahko TMR olajša učenje besedišča v tujem jeziku.

Čeprav se zdi, da je TMR najbolj koristen pri krepitvi spominov, ki so še vedno konsolidirani, se lahko izkaže za koristno, če pomagamo bolnikom z Alzheimerjevo boleznijo, da se spomnijo poti domov ali prepoznajo družinske člane. Tudi fizioterapevti bi lahko izkoristili TMR, da bi ljudem po kapi ali poškodbi pomagali pri obnovi motoričnih sposobnosti.

Prav tako je v okviru možnosti, da lahko TMR celo vpliva na to, kako ljudje mislijo. Recite, da ste na zabavi in ​​opazite svojega kolega po sobi. Vi valujete; se ne odzivajo. Morate sami presoditi, ali vas zanemarjajo ali vas niso videli. Ves čas se soočamo s podobnimi dvoumnimi situacijami. Nekateri ljudje, kot so tisti z anksioznostjo ali depresijo, pogosteje negativno zavrtijo na njih.

Težave s TMR

Kljub arzenalu aplikacij za TMR je njegov vpliv na spomin subtilen in ni jasno, kako dolgo trajajo učinki. In druge pregibe je treba izdelati.

Na primer, kako se posamezne ponovitve pojavljajo v človeških možganih?

"Sploh ne vemo, kako izgleda signal," pravi Antony. On in njegovi sodelavci uporabljajo TMR za ponazoritev spomina na ljudi z merjenjem njihovega ponovnega aktiviranja predhodno gledanih slik z elektroencefalografijo (EEG).

"Vonj je zelo močan sprožilec, ker je neposredno povezan s to regijo možganov, ki je povezana s spominom, medtem ko se morajo zvoki … najprej ustaviti na relejni postaji."

Zvok in vonj sta bila uspešno uporabljena kot opozorila v poskusih TMR in vsaka domena ima svoje prednosti. Vonj, za začetek, ni znan v svetu znanosti spanja. Obstajajo dokazi, da nam lahko zelišča, kot je sivka, pomagajo pri sprostitvi in ​​odnašanju, ta vonj pa lahko vpliva na čustveno vsebino sanj.

V resnici je vohalni sistem možganov tesno povezan s hipokampusom in s področji, povezanimi z čustvi, kot je amigdala. Prav tako nas navadno ne zbujajo vonjave; obdelujejo med spanjem, ne da bi ga motili.

Enako ne velja za zvoke, ki so usmerjeni skozi talamus.»Vonj je zelo močan sprožilec, ker je neposredno povezan s to regijo možganov, ki je povezana s spominom, medtem ko se morajo zvoki… najprej ustaviti na relejni postaji,« pravi Pereira.

Točno umerjanje zvokov za TMR je tudi težavno. Hrupi lahko zlahka motijo ​​pragovi. In vendar, »če jih igrate preveč tiho, niste popolnoma prepričani, da so registrirani,« pravi Batterink. "Torej je lahko del občutljivega ravnovesja med tem, da dobimo prostornino na individualni ravni."

Po drugi strani pa je zvok uspešnejši pri uspešnosti motorističnih veščin kot vonj; Področja možganov, ki sodelujejo pri slušni obdelavi, so močno povezana z motornimi področji, pravi Diekelmann.

V primerjavi z vonji je zvok lažje nadzorovati doma, kar pomeni, da bi lahko znanstveniki pričarali skoraj neomejeno knjižnico. »Če smo želeli 60 različnih vonjav, ki so resnično drugačni od drugih, bi bilo to veliko težje urediti,« pravi Lewis.

Vonj je topo orodje, ki deluje enako na vse spomine (naučene med eksperimentalnimi študijami). Zvoki omogočajo bolj specifičen, finozrnati pristop, ki lahko prepozna posamezne spomine.

Še več, zvoke lahko predvajate in obdelujete hitreje, kot lahko vonjave. Vonj je topo orodje, ki deluje enako na vse spomine (naučene med eksperimentalnimi študijami). Zvoki omogočajo bolj specifičen, finozrnati pristop, ki lahko prepozna posamezne spomine.

Ne glede na to, če lahko TMR izbruhne iz laboratorija, ostanejo še drugi praktični razlogi. Za domačo uporabo bi morali znanstveniki razviti pripomoček, s katerim bi prepoznali osebo v fazi spanja in nato podali napotilo ob pravem času. Ljudje postajajo navdihnjeni na zvok, na soavtorja Rebecce Spencer, z Univerze v Massachusettsu Amherst.

Smith, ki predvideva, da se TMR uporablja za študij ali šport, pravi: "Ideja čaka na neko zelo preprosto napravo ali aplikacijo, ki lahko to stori, čeprav mislim, da je to povsem mogoče."

Rasch in njegovi sodelavci delajo na razvoju takšne naprave, ki beleži človekovo spanje in nato samodejno predstavi besede ob pravem času in pravilnem obsegu. Pričakuje, da bo imel dokazilo o načelih v enem ali dveh letih, ko bo našel sodelavce, ki bodo pomagali oblikovati pripomoček.

"To bi verjetno vključevalo elektrode ali nekakšno napravo za snemanje možganov … veliko enostavnejše kot v laboratoriju za spanje," pravi.

TEMNA STRAN ZAPOREDJA S SPOMINOM

Spraševanje s spominom je nevarno poslovanje in vsaka tehnologija, ne glede na to, kako dobro je namenjena, se lahko uporabi za zlobna sredstva. Ko pride čas, da TMR pride iz laboratorija, je treba prepoznati potencialno zlovešče uporabe.

Ena od največjih skrbi je dejstvo, da lahko TMR vpliva na razmišljanje ljudi. In Raschova raziskava o tem, kako lahko premakne pristranskost interpretacije (kako dojemamo nekoga, ki nas dela), je samo začetek.

"TMR lahko uporabite za dobro, da pomagate ljudem, da zmanjšajo njihovo pristranskost, vendar lahko prav tako enostavno … poskusite prepričati ljudi, da so te ideje boljše, ali pa so ti ljudje boljši"

Antony je previden pri ekstrapolaciji tega dela. "To je obetavno, vendar ni bilo neposredne povezave, ki bi pokazala, da bo to zdravilo za rasizem," pravi.

"TMR lahko uporabite za dobro, da pomagate ljudem, da zmanjšajo njihovo pristranskost, vendar lahko prav tako enostavno … poskusite prepričati ljudi, da so te ideje boljše, ali pa so ti ljudje boljši," pravi Pereira, ki je soustvarjala dokument, ki je pregledal obljubo in pasti raziskav TMR.

Po mnenju raziskovalcev TMR-pranje možganov ni verjetno. Ampak obstajajo še druge skrbi: Predstavljajte si, da ste v hotelski sobi in medtem ko spite, nekdo vdira v vonj zelo maslenega rogljička. Ko se naslednje jutro odpravite na zajtrkovalnico, boste videli prodano pecivo. Pod vsakim izdelkom ali celo idejo namesto rogljičkov in dobite idejo.

"Mislim, da je glavni problem … če niste obveščeni o tem, kaj se igra, ko spite," pravi Rasch.

Če bi bila najpogostejša inkarnacija TMR orodja za spodbujanje učenja, je tveganje zlonamernih aplikacij na Antonyja verjetno nizko. Pomembnejša skrb, pravi, je zagotavljanje, da ljudje poznajo relativne stroške in koristi.

»Še vedno ne razumemo, kako to deluje,« pravi Pereira. "Ne veste, kaj se bo zgodilo in zato ne bi smeli samo poiskati doma."

Pojavilo se je nekaj negativnih posledic poskusov TMR. V Lewisovem eksperimentu z melodijo so na primer ljudje, ki so prejeli TMR, storili slabše od drugih pri opravljanju ali dešifriranju drugega, neokrnjenega zaporedja. To kaže, da so ponovni spomini lahko omejen vir v možganih.

"Če dokažete, da je to varna in učinkovita tehnika za povečanje kognicije, kako se odločite, kdo bo imel dostop do njega in zakaj?"

Mnogi poskusi kažejo na kompromis, kjer reaktiviranje in s tem povečanje enega spomina pride na račun cementiranja drugega. Če TMR povzroči ničelni dobiček, uporabniki morda ne bodo okrepili spominov, na katere se ne osredotočajo. Učenci bi lahko, recimo, španski španski besednjak na račun enačb, ki so se jih naučili v Trig.

Druga skrb je, da lahko uporabniki TMR po nesreči ustvarijo lažne spomine. To se že zgodi, ko spomine prenesemo na dolgoročno shranjevanje; Reaktivacija ohrani ali posploši bistvo izkušnje, vendar se lahko posamezne podrobnosti razpadejo. Možno je, da bi TMR spodbudil ta proces.

In kot pri drugih potencialnih orodjih za spodbujanje kognitivne funkcije, imajo znanstveniki razlog za previdnost. »Nekaj ​​delamo z možgani v stanju, kjer je zavesten nadzor omejen,« pravi Rasch. »To moramo upoštevati.

Ker še vedno ne vemo zagotovo, ali ima TMR kakršne koli dolgoročne zdravstvene posledice, Rasch pravi, da ga še ne priporoča v večjem obsegu ali pri ljudeh s stanjem, kot je PTSD. Toda za preprosto, individualno uporabo, kot je učenje besedišča, pravi, da verjetno ni veliko nevarnosti.

Na začetku je lahko TMR drago in daje ljudem, ki imajo denar za opekline, še večjo prednost.

»Če dokažete, da je to varna in učinkovita tehnika za izboljšanje kognicije,« pravi Pereira. "Kako se potem odločite, kdo bo imel dostop do njega in zakaj?"

PRIHODNOST MEMORIJE

Preden se o vprašanju dostopa in namena sploh razpravlja, je treba dokončati leta raziskav, preden znanstveniki začnejo spelkati v podzavest, da bi izvlekli, izboljšali ali spremenili spomine. Pri raziskovalcih je prihodnost TMR-ja navsezadnje polna upanja, čeprav je zapletena z več kot malo zaskrbljenostjo.

Zamislite si ta scenarij: čez dvajset let se bo zgodil hud dogodek, za katerega ste prisotni. Mogoče se je to zgodilo na poti domov eno noč ali ko ste potovali. Kakorkoli že, globoko vas je stresel in se znajdete v strašnem spominu. Lahko se vključite v standardno terapijo pogovorov, lahko pa se odločite tudi za sestanek z bolj specializiranim zdravnikom.

Med zasedanjem bo zdravnik igral hiter ton ali razpršil vonj. Ta zvok ali vonj se spet pojavlja, ko uživate v običajnem nočnem spanju v njegovi pisarni, sprožite in ponovno napolnite spomin, ko sanjate. Zbudili se boste brez zlobnega spomina, kot da ni nič drugega kot krtica, ki jo je treba pospraviti. Zjutraj se boste podpisali z nekaj dokumenti, ki bodo stresali zdravnikovo roko.

Odstranili so tisto, kar bi lahko poškodovalo in oblikovalo možgane. To ni niti spomin na spomin, temveč preprosto ni več. Prosto se lahko premaknete naprej, neovirano, v prihodnost.