Verwandte Inhalte
- Zebrafinken träumen einen kleinen Traum von Melodie
Meine Mutter ist eines von fünf Kindern und hat viele Geschichten über sie und die Missgeschicke ihrer Geschwister. Einer meiner Favoriten dreht sich um meinen "seltsamen" Onkel Dorsey und seine frühen wissenschaftlichen Bemühungen. Als meine Mutter ungefähr acht Jahre alt war, schob ihr älterer Bruder jeden Abend einen Kassettenrecorder unter ihr Bett, um leise eine Lesung des Gedichts 'The Raven' (1845) von Edgar Allan Poe abzuspielen. Nacht für Nacht spielte er das Band ab und versuchte zu testen, ob sie das Gedicht von all ihrer Enthüllung spontan rezitierte. So wie sie es erzählt, wachte sie jedes Mal auf, wenn die Aufnahme zu spielen begann. Sicher, sie kann immer noch die ersten paar Zeilen rezitieren, aber nur, weil sie Nacht für Nacht vom Gedicht geweckt wurde.
Mein Onkel hat es nie geschafft, meine Mutter zum „Schlafenlernen“ zu bewegen, aber es stellt sich heraus, dass einige seiner Ideen möglicherweise nicht so fehlgeleitet worden sind. Während das Schlaflernen, auch Hypnopädie genannt, entlarvt wurde, entdecken Neurowissenschaftler in meinem Labor und in anderen derzeit Möglichkeiten, um Reize wie Geräuschhinweise während des Schlafs zu verwenden, um die Erinnerung zu stärken.
Frühe Forscher machten den gleichen Fehler wie Onkel Dorsey und dachten, wir könnten durch Osmose neues Material im Schlaf lernen, à la Aldous Huxleys Brave New World (1932). Wie im dystopischen Roman basierten Versuche, dieses Schlaflernen zu erlernen, oft auf der falschen Annahme, dass Schlaf wie ein hypnotischer Zustand ist. In den 1920er Jahren glaubten einige Forscher, dass sie den Teilnehmern durch das Abspielen von Audioaufnahmen im Schlaf völlig neue Informationen beibringen könnten, und die Erfinder begannen, Geräte zu verkaufen, die auf dieser Idee basierten. Es war nicht viel anders als die "Big Cheese" -Episode (1996) von Dexter's Laboratory, in der das Cartoon-Genie ein gewaltiges Gerät benutzt, um sich im Schlaf Französisch beizubringen: Es hat nicht funktioniert.
Erst in den 1950er Jahren stellten Forscher fest, dass die angepriesenen Wirkungen von Hypnopaedia tatsächlich überhaupt nicht auf Schlaf zurückzuführen waren. Stattdessen erweckten diese Geräte tatsächlich die Menschen. Die Debunker konnten mit Hilfe einer relativ etablierten Technik, der Elektroenzephalographie (EEG), die die elektrischen Signale des Gehirns über auf der Kopfhaut platzierte Elektroden aufzeichnet, feststellen. Anhand des EEG konnten die Forscher feststellen, dass die Schlaf-Lernenden tatsächlich wach waren (etwas, was wir heute noch in der Forschung tun), und dies beendete die Forschung über den Schlaf als kognitives Werkzeug so gut wie. 50 Jahre später wissen wir, dass es möglich ist, das Gedächtnis im Schlaf auf eine andere Weise zu verändern als bisher angenommen.
2007 berichteten der Neurowissenschaftler Björn Rasch von der Universität zu Lübeck und Kollegen, dass Gerüche, die mit zuvor erlerntem Material in Verbindung gebracht wurden, verwendet werden könnten, um das schlafende Gehirn zu aktivieren. Die Autoren der Studie hatten den Teilnehmern die Positionen von Objekten auf einem Gitter beigebracht, genau wie im Spiel Konzentration, und sie dabei dem Geruch von Rosen ausgesetzt. Als nächstes schliefen die Teilnehmer im Labor, und die Experimentatoren warteten bis zum tiefsten Schlafstadium (Langsamschlaf), um sie erneut dem Geruch auszusetzen. Wenn sie dann wach waren, konnten sich die Teilnehmer deutlich besser erinnern, wo sich die Objekte befanden. Dies funktionierte nur, wenn sie während des Lernens dem Rosenduft ausgesetzt waren und ihn während des Schlafes mit langsamen Wellen gerochen hatten. Wenn sie dem Geruch nur wach oder im REM-Schlaf ausgesetzt waren, funktionierte das Queue nicht.
Es schien fast zu schön, um wahr zu sein. Könnten wir Erinnerungen während des Lernens wirklich mit einem Geruch „markieren“ und dann unser Gehirn dazu überreden, ihn während des Schlafs zu proben? Mehrere Studien seit der ersten Veröffentlichung haben den Befund bestätigt, und es gab sogar neue Variationen, z. B. die Verwendung von akustischen Hinweisen anstelle von Gerüchen.
Im Paller Lab für kognitive Neurowissenschaften an der Northwestern University, wo ich arbeite, wurden mehrere Artikel veröffentlicht, die zeigen, dass Neurowissenschaftler einen einzelnen Klang mit einem einzelnen Objekt verknüpfen und einzeln reaktivieren können. Sie könnten beispielsweise Konzentration spielen und lernen, dass sich die Katze in der unteren linken Ecke und der Teekessel in der oberen rechten Ecke befindet. Wenn du die Katze lernst, hörst du ein Miauen und wenn du den Kessel lernst, hörst du ein Pfeifen. Wenn wir während des Langsamschlafens nur einen dieser Geräusche wie Miauen spielen würden, würden Sie sich sogar noch besser an die Position der Katze erinnern als an den Wasserkocher. Denken Sie daran, beide Dinge wurden anfangs gleich gut gelernt, was zeigt, dass das Schlaf-Cueing der Katze am liebsten geholfen hat. Diese Fähigkeit, bestimmte zu reaktivierende Speicher auszuwählen, wird als gezielte Speicherreaktivierung (TMR) bezeichnet.
Wir nennen es TMR, weil wir glauben, dass das Abspielen eines solchen Sound-Cues die Erinnerung an das Lernen der Position des Objekts aus der vorherigen Aufgabe reaktiviert. Mein Labor glaubt, dass diese Wiederholung des Gedächtnisses es dem Gehirn ermöglicht, seine Gedächtnisrepräsentation zu stärken, was zu einer besseren Erinnerung führt. In der Arbeit mit Ratten fanden die Gehirnforscher Daniel Bendor und Matthew Wilson vom Massachusetts Institute of Technology genau diese erwartete Wiederholung, als sie akustische Signale aus früheren Lernphasen verabreichten.
Die Neurowissenschaftler beginnen nun, TMR in Betrieb zu nehmen. Eine kürzlich durchgeführte Studie aus meiner Gruppe hat viel mit dem Videospiel Guitar Hero zu tun, bei dem der Spieler als Musiker im Mittelpunkt steht. James Antony, inzwischen Postdoc an der Princeton University, zu dieser Zeit jedoch ein Doktorand, ließ die Teilnehmer zwei Musiksequenzen auf einem Keyboard lernen. Die Songs bestanden aus vier Noten, die wie beim eigentlichen Spiel als fallende Kreise erschienen. Nachdem die Teilnehmer beide Songs gleich gut gelernt hatten, machten sie ein Nickerchen und Antony verwies sie auf einen der Songs. Als sie nach dem Schlafen erneut getestet wurden, waren die Teilnehmer besser im Schlaf-Cued-Song als im Uncued-Song. Überlegen Sie, wie schnell Sie ein neues Musikinstrument oder einen neuen Song erlernen können, indem Sie Ihr schlafendes Gehirn an frühere Lernerfahrungen erinnern!
Obwohl einige translationale Forschungen aufgetaucht sind, kennen wir die Grenzen von TMR oder Schlaf-Cueing im Allgemeinen noch nicht. In einer Studie aus dem Jahr 2017 stellte die Postdoc-Forscherin Laura Batterink von meinem Labor und meinen Kollegen fest, dass TMR-Cueing in Kombination mit REM-Schlaf zu einem besseren Erinnern an Wörter führt, die während eines Mittagsschlafes abgerufen wurden. Diese Forschung scheint darauf hinzuweisen, dass REM-Schlaf ein nützlicher Zustand ist, wenn Cue-Speicher in bereits existierende Speichernetzwerke integriert werden.
Zu den noch offenen Fragen gehören: Funktioniert dies für das Erlernen von Fremdsprachen (z. B. Grammatik) oder nur für das Erlernen von Fremdvokabeln? Könnte es verwendet werden, um die Gedächtnisleistung in einer alternden Bevölkerung aufrechtzuerhalten? Bedeutet das Reaktivieren einiger Erinnerungen, dass andere noch schneller gelöscht werden?
Ich persönlich bin daran interessiert, wie sich diese reaktivierten Erinnerungen aufgrund dieser Hinweise ändern könnten. Meine aktuellen Projekte zielen darauf ab, zu untersuchen, ob das Cueing dazu führt, dass das gesamte Gedächtnis im Detail erhalten bleibt oder ob diese Cues möglicherweise den Kern des Gedächtnisses konsolidieren und überflüssige Details verlieren. Alternativ kann TMR dazu beitragen, alle Aspekte der Speicherkonsolidierung zu verbessern und kognitive Kosten nur für nicht gespeicherte Elemente anzuzeigen.
Wir haben einige Ahnungen, und ständig tauchen neue Projekte auf, um diese Fragen zu beantworten. Aber wir sind immer noch an der Grenze des Verstehens des schlafenden Gehirns. Für eine Aktivität, die wir für ungefähr ein Drittel unseres Lebens ausführen, gibt es mehr Fragen als Antworten. Vielleicht waren Onkel Dorsey und seine Poe-Kassetten der Zukunft der Schlafforschung vorausschauend. 
