Målrettet minnereaktivering gjør deg smartere mens du sover

Denne historien av Kate Baggaley opprinnelig dukket opp i Van Winkles, publikasjonen viet til å sove.

På et tidspunkt i Marcel Proust's "In search of Lost Time" bryter fortelleren med vane å ta litt te og en madeleine-cookie. I det øyeblikket han smaker den "varme væsken blandet med krummer", blir han overfylt med glede. Smaken av te og kake kalles minner om sin ungdom, en visceral forbindelse til morgenritualet han delte med sin moster.

Som Prousts forteller innså, er våre sanser sterke nøkler til minne. Det viser seg at dette er sant i søvn som i kjølvannet. Selv om vi ikke faktisk kan lære ny informasjon som vi dør, er forskerne vanskelige på jobb med en prosess som styrker sansene våre for å hjelpe snoozing hjernen til å styrke eller kaste ut det som allerede er tatt inn. Teknikken, kalt Targeted Memory Reactivation (TMR), bruker lyder og lukt for å forsterke de minneforsterkende prosessene som skjer under søvnen. Og hvis det viser seg så effektivt som forskere mener, kan vi kanskje bruke den til å forbedre vår evne til å absorbere ny læring, løsne gripet av traumatiske minner eller endog endre hvordan folk tenker.

"Potensielle applikasjoner er store," sier Susanne Diekelmann, forsker ved Universitetet i Tübingen i Tyskland, som har prøvd TMR i flere år.

Kort sagt, det kan tillate oss å utforske og gripe kontrollen mellom båndene mellom søvn og minne. "Minne er viktig for identitet og kvalitetsliv, så hvis TMR kan hjelpe minnet, kan det hjelpe mer bredt," sier James Antony, en topp nevroforsker ved Princeton University. "Fordi det på mange måter er hva vi gjør, er … prøver å samle minner."

HVORDAN SLEEP STØVER VÅRE MENNESKER

Hver dag blir vi bombardert med informasjon - annonser, samtaler, tweets, snaps, scenery, Slacks. Når vi glir under dekslene, har vi samlet en rekke skjøre, nyutviklede minner, som er bygget fra forbindelser mellom nevroner. Mange av disse minner, som vi spiser til lunsj hver dag, fades med tiden. Andre er styrket og omgjort til langsiktige minner. Denne prosessen, kalt minnekonsolidering, ser ut til å forekomme hovedsakelig under langsom bølgesøvn. Den underliggende prosessen kalles nevrale replay. Å lære et nytt faktum eller ansikt (kalt minnekoding) tilsvarer et tydelig mønster av nevralfyring. Senere, under søvnen, spiller våre slumrende hjerner det samme nevrale fyringsmønsteret fra tidligere. Det er et automatisk spill av lære-og-gjenta som, teorien går, hjelper implantatminner fast i hjernen.

"Det er som om hjernen praktiserer og repeterer disse minner, sier Penny Lewis, en nevrologer og søvnforsker ved Cardiff University i Wales, hvis arbeid fokuserer på søvn og minnekonsolidering.

For hvert minne ser mønsteret litt annerledes ut. Men disse webene overlapper. "Hvert stykke kunnskap du har er relatert til andre ting," tilføyer Antony. Så når vår sovende hjerne gjentar minner, styrker den ikke bare dem - det gir ny informasjon du har plukket opp i eksisterende nettverk av kunnskap. Husk for eksempel din siste tur til stranden. Du kan huske at bølger krasjer langs kysten, sandkornet mot tærne dine, følelsene rystet opp av dine følgesvenner. Disse fragmentene lagres i forskjellige deler av hjernen. "Det er sannsynlig at når et minne blir spilt på den måten, er det en full flersensorisk opplevelse," sier Lewis.

Med TMR kan vi være i stand til å forme disse prosessene ved å bruke dufter eller lyder (opprinnelig opplevd når vi er våken og lærer ny informasjon) for å gjenkjenne gjengivelser. De rette duftene eller lydene kan øke prosessen med minnekonsolidering, som bidrar til å styrke - eller til og med endre - minner.

HISTORIEN AV TMR

Forskere opplevde først at de sensoriske tegnene kunne påvirke hukommelsen under søvn på 1980-tallet da de så større minneaktivisering hos rotter som hadde blitt sjokkert to ganger - under en læringsoppgave og så igjen under søvn. Så, i 1990, lagde et lag i Canada sammen en tikkende klokkelydde med en logisk oppgave. "Tanken var å" minne "emnet på å" arbeide "for å konsolidere minnet om vår lille oppgave," selv om de sannsynligvis hadde flere viktige minner som måtte konsolideres, husker Carlyle Smith, en av verdens ledende søvnforskere og regissøren av Trent University Sleep Research Laboratories i Ontario.

Smith ønsket å samle bevis på at minnekonsolidering skjedde i søvn, som mange forskere tvilte på den tiden. Han var på noe, men hans arbeid ble for det meste ignorert fordi det foregikk gjennombruddsfunnene om replays underliggende forskernes nåværende forståelse av søvn og minne.

I 2007 gjenopplivet Björn Rasch, en biopsykolog og kollega fra Diekelmann ved Universitetet i Fribourg i Sveits, TMR ved hjelp av en versjon av minnesspillet Konsentrasjon. Mens folk lærte å knytte bilder av kort med bestemte steder på en dataskjerm, pumpet forskerne i lukten av roser. Denne lukten, wafted i bakgrunnen, ble knyttet i folks sinn med det de lærte. De som ble re-utsatt for aromaen under søvn hadde en kant i å huske plassering av kortene.

Intrigued, teamet fortsatte å sonde teknikken, som de fant kunne gjøre minner mer stabile, og gjør det raskere, enn de ellers ville være. Ulike andre dufter, de oppdaget, fungerte like bra for å cue minner. Men de var ennå ikke sikker på hvor mye informasjon som kunne festes til en enkelt lukt, eller hvis en lukt kan miste sin minneutløsende kraft over tid.

Når visse lyder ble presentert igjen under slow wave-søvn, husket fagpersoner steder for de tilknyttede bildene mer nøyaktig.

Det var ikke lenge før forskerne oppdaget at lyden også er en effektiv utløser. I ett eksperiment ble fagpersoner bedt om å huske gridkoordinatene til et bilde, for eksempel en katt eller vannkoker, som hadde blitt koblet sammen med en relevant lyd, for eksempel en meow eller fløyte. Når visse lyder ble presentert igjen under slow wave-søvn, husket fagpersoner steder for de tilknyttede bildene mer nøyaktig.

KAPASJONENE AV TMR

Selv om TMR er i sin barndom, har forskere allerede sett gode framskritt i hva det kan gjøre. Og potensialet, akkurat nå, virker ubegrenset.

TMR synes å øke motoriske ferdigheter så vel som eksplisitte minner. Antony og hans kolleger satte opp et eksperiment ved hjelp av et spill som ligner på "Guitar Hero." Deltakere lærte to forskjellige melodier, hvorav en var cued under søvn. Deretter kunne de spille søvnmelodien mer nøyaktig enn den andre.

Og vi kan også bruke TMR til å endre minner også. Nylig rapporterte Diekelmann og hennes kohort at TMR hjalp menn med å finne ut skjulte mønstre, forvandle sin intuisjon til forståelse (kvinner fikk ikke så signifikant et løft, men de fleste TMR-studier viser ingen forskjell på tvers av kjønn).

Når Penny Lewis fra Cardiff University cued "melodier som folk hadde tappet ut tidligere, ble folk både raskere og bedre til å ordinere melodien skriftlig.

Og da Batterink og firma spurte folk om å unscramble ord samlet etter et sammensatt grammatisk system, virket TMR hjelpe dem med å introdusere systemets regler. "Disse er ganske små effekter," sier Batterink. "Det er ikke som om de er dobbelt så gode."

Men det er fortsatt inspirerende. Forskerne undersøker selv om TMR kan påvirke hvordan emosjonelle minner blir konsolidert. Lewis, for eksempel, graver inn i hvorvidt utløsende minner under søvn kan gjøre dem mindre distresserende.

"Vi har noen veldig fine data som tyder på at det kan," sier hun.

Lewis og hennes kolleger presenterer folk som forstyrrer bilder (som bilkrasj) parret med en lydkule. Etter søvn synes folk å finne disse bildene mindre urolig hvis de ble reaktivert ved hjelp av TMR. En forklaring på dette fenomenet kan ligge i en nevrotransmitter som kalles noradrenalin, noe som er sterkt redusert under REM-søvn. Det hjelper med å kontrollere kroppens fysiologiske fryktesponser, for eksempel økt hjertefrekvens, svette eller elevutvidelse.

Lewis graver inn om det ikke utløses forstyrrende minner under søvnen, kan de gjøre dem mindre forstyrrende. "Vi har noen veldig fine data som tyder på at det kan," sier hun.

"Ideen er at hvis du spiller disse minner på den tiden, kan du faktisk ikke ha det følelsesmessige svaret," sier Lewis. "Så replaying det uten den fysiologiske responsen kan hjelpe folk til å avkoble minnet fra følelsene."

Det er ikke vanskelig å forestille seg TMR som en behandling for traumerforstyrrelser, inkludert PTSD. Det er et spennende prospekt, men for øyeblikket, selv i tidlige forsøk som involverer de med forstyrrende minner, er det for tidlig å trekke noen konklusjoner, sier han.

"Vi trenger en god database før vi kan overføre dette til pasienter, fordi det ikke er helt klart hva det vil gjøre," forteller Rasch. "Hjelper det faktisk folk, å reaktivere dette traumatiske minnet under søvnen, eller gjør det vondt?"

Rasch og hans kolleger undersøker også hvordan TMR kan legge til rette for å lære vokabular i fremmedspråk.

Og mens TMR synes å være mest nyttig for å forbedre minner som fortsatt er konsolidert, kan det vise seg å være nyttig for å hjelpe Alzheimers pasienter til å huske hjemmet eller anerkjenne familiemedlemmer. Fysioterapeuter kan også kapitalisere på TMR for å hjelpe folk til å gjenopprette motoriske ferdigheter etter slag eller skade.

Det er også godt innenfor muligheten for at TMR kan påvirke hvordan folk tenker. Si at du er på en fest, og finn kollegaen din på tvers av rommet. Du vinker; de svarer ikke. Du må dømme selv om de snubber deg eller bare ikke så deg. Vi løper overalt tvetydige situasjoner hele tiden. Noen mennesker, som de med angst eller depresjon, er mer sannsynlig å sette negativt på dem.

FEIL MED TMR

Til tross for arsenalet av applikasjoner for TMR er dets innflytelse på minne subtilt, og det er uklart hvor lenge virkningene varer. Og andre kinks må utarbeides.

For eksempel, hvordan forekommer individuelle replays i den menneskelige hjernen?

"Vi vet ikke engang hva signalet ser ut," sier Antony. Han og hans kollegaer bruker TMR til å illustrere minneoppspilling hos mennesker ved å måle fagets reaktivering av tidligere viste bilder med elektroencefalografi (EEG).

"Lukt er en veldig kraftig utløser fordi den er direkte forbundet med denne hjernegionen som er relatert til minne, mens lydene … må stoppe ved reléstasjonen først."

Lyd og lukt har begge blitt vellykket brukt som signaler i TMR-eksperimenter, og hvert domene har sine egne fordeler. Lukt, for startere, er ikke fremmed i søvnvitenskapens verden. Det er noen bevis på at urter som lavendel kan hjelpe oss med å slappe av og drive av, og at lukten kan påvirke det følelsesmessige innholdet i en persons drømmer.

Faktisk er hjernens luftsystem nært knyttet til hippocampus og til følelsesrelaterte områder som amygdala. Lukt også vanligvis ikke vekke oss opp; de blir behandlet i søvnen uten å forstyrre den.

Det samme gjelder ikke for lyder, som blir dirigert gjennom thalamus."Lukt er en veldig kraftig utløser fordi den er direkte forbundet med denne hjernegionen som er relatert til minne, mens lydene … må stoppe ved reléstasjonen først, sier Pereira.

Nøyaktig kalibrerende lyder for TMR er vanskelig også. Støy kan lett forstyrre sveller. Og likevel, "hvis du spiller dem for stille, er du ikke helt sikker på at de blir registrert," sier Batterink. "Så det kan være litt av en delikat balanse mellom å få volumet akkurat på individuell basis."

På den annen side er lyden mer vellykket når det gjelder cueing-ferdigheter enn lukt; Hjernenes områder som er involvert i lydbehandling er sterkt forbundet med motorområder, sier Diekelmann.

Sammenlignet med lukter, er lyder også enklere å kontrollere hjemme, noe som betyr at forskere kan fremheve et nesten ubegrenset bibliotek av dem. "Hvis vi ønsket 60 forskjellige lukt som er veldig særegne fra hverandre, ville det være mye vanskeligere å ordne," sier Lewis.

En lukt er et stumt verktøy som virker på alle minner (lært under eksperimentelle studieøkter) likt. Lyder gir en mer spesifikk, finkornet tilnærming som kan identifisere individuelle minner.

I tillegg kan lydene spilles og behandles raskere enn luktkan. En lukt er et stumt verktøy som virker på alle minner (lært under eksperimentelle studieøkter) likt. Lyder gir en mer spesifikk, finkornet tilnærming som kan identifisere individuelle minner.

Cues til side, hvis TMR kan bryte ut av laboratoriet, forblir andre praktiske hensyn overordnet. For hjemmebruk vil forskere måtte utvikle en gadget for å identifisere et persons søvnstadium og deretter levere en cue til rett tid. Folk blir habituated til lyden, per medforfatter Rebecca Spencer, ved University of Massachusetts Amherst.

Smith, som forutsetter at TMR brukes til å studere eller sport, sier, "Ideen venter på en slags veldig enkel enhet eller app som kan gjøre disse tingene, selv om jeg tror det er ganske mulig."

Rasch og hans kolleger jobber med å utvikle en slik enhet, som vil registrere en persons søvn og deretter automatisk presentere ord til rett tid og riktig volum. Han forventer å ha bevis på prinsippet om et år eller to, da han ville finne samarbeidspartnere for å hjelpe til med å designe gadgeten.

"Det vil trolig innebære elektroder eller en slags hjerneopptaksenhet … mye enklere enn i sovelabbet," sier han.

Den mørke siden av meldingen med minnet

Messing med minne er farlig virksomhet, og enhver teknologi, uansett hvor godt det er ment, kan brukes til unnvikende midler. Når tiden kommer for at TMR kommer frem fra laboratoriet, må de potensielt uhyggelige bruksområder bli gjenkjent.

En av de største bekymringene kommer fra det faktum at TMR kan påvirke hvordan folk tenker. Og Raschs undersøkelse av hvordan det kan skifte tolkningsforstyrrelser (hvordan vi oppfatter noen handler mot oss) er bare begynnelsen.

"Du kan bruke TMR til å hjelpe folk med å redusere sin bias, men du kan også like enkelt … prøve å overbevise folk om at disse ideene er bedre, eller om disse menneskene er bedre"

Antony er forsiktig med å ekstrapolere fra dette arbeidet. "Det er lovende, men det har ikke vært en direkte kobling som viser at dette kommer til å kurere rasisme," sier han.

"Du kan bruke TMR for godt til å hjelpe folk med å redusere deres bias, men du kan også like enkelt … prøve å overbevise folk om at disse ideene er bedre, eller disse menneskene er bedre," sier Pereira, som har medforfatter et papir som gjennomgår løftet og fallgruver av TMR forskning.

TMR-hjernevasking er usannsynlig, ifølge forskere. Men det er andre bekymringer: Tenk deg at du er i et hotellrom, og mens du sover, piper noen i duften av en spesielt buttery croissant. Når du går ned til frokostbaren neste morgen, ser du flakete kringle til salgs. Del noe produkt eller en ide i stedet for croissanter, og du får ideen.

"Jeg tror hovedproblemet er … hvis du ikke er informert om hva som spiller når du sover," sier Rasch.

Skulle den vanligste inkarnasjonen av TMR være verktøy for å øke læring, er risikoen for ondsinnede applikasjoner, per Antony, sannsynligvis lav. Jo viktigere bekymring, sier han, sørger for at folk kjenner de relative kostnadene og fordelene.

"Vi forstår fortsatt ikke akkurat hvordan dette virker," sier Pereira. "Du vet ikke hva som skal skje, og du bør ikke bare gå rundt og prøve det selv hjemme."

Noen få negative konsekvenser av TMR-eksperimenter har dukket opp. I Lewis melodi-eksperiment, for eksempel, fikk folk som fikk TMR verre enn andre til å utføre eller dechifrere den andre, ukjente sekvensen. Dette indikerer at minnetreplikater kan være en begrenset ressurs i hjernen.

"Hvis du viser at dette er en sikker og effektiv teknikk for å forbedre kognisjon, så hvordan bestemmer du hvem som får tilgang til det og hvorfor?"

Mange eksperimenter tyder på en bytte, hvor reaktivering og dermed økning av et minne kommer på bekostning av sementering av en annen. Hvis TMR resulterer i en null sumgevinst, kan brukere mislykkes i å forsterke minner som de ikke fokuserer på. Studentene kan si, plump opp spansk ordforråd på bekostning av ligninger de lærte i Trig.

En annen bekymring er at TMR-brukere ved et uhell kan lage falske minner. Dette skjer allerede når vi overfører tilbakemeldinger til langsiktig lagring; reaktiveringer bevare eller generalisere kjennetegnet av en opplevelse, men enkelte detaljer kan smuldre bort. Det er mulig at TMR ville anspore denne prosessen.

Og, som med andre potensielle verktøy for å øke kognitiv funksjon, har forskere grunn til å være forsiktige. "Vi gjør noe med hjernen i en tilstand der bevisst kontroll er begrenset," sier Rasch. "Vi må vurdere det.

Fordi vi fortsatt ikke vet om TMR har noen langsiktige helsekonsekvenser, sier Rasch at han ikke vil anbefale det enda i større skala eller hos mennesker med forhold som PTSD. Men for enkel, individuell bruk, som vokabular læring, sier han at det sannsynligvis ikke er mye fare.

Ved utbruddet kan TMR sannsynligvis være dyrt og gi enda bedre fordel for folk med penger å brenne.

"Hvis du viser at dette er en sikker og effektiv teknikk for å forbedre kognisjonen," sier Pereira. "Så hvordan bestemmer du hvem som får tilgang til det og hvorfor?"

Fremtiden for minnet

Før spørsmålet om tilgang og hensikt blir diskutert, må år med forskning fortsatt være ferdig før forskerne begynner å spille i underbevisstheten for å trekke ut, forbedre eller endre minner. Og per forskere, fremtiden TMR presenterer er til slutt håpfull, selv om det er laced med mer enn en liten begeistring.

Tenk deg dette scenariet: Tyve år fra nå finner du en forferdelig hendelse som du er til stede for. Kanskje det skjedde på vei hjem en natt eller mens du var på reise. Uansett, det rystet deg dypt, og du finner deg selv hjemsøkt av skremmende minner. Du kan engasjere seg i standardpratterapi, men du kan også velge å avtale med en mer spesialisert lege.

I løpet av økten, ville legen spille en rask tone eller diffusere en whiff of duft. Den lyden eller duften dukker opp igjen når du nyter en vanlig natts søvn på sitt kontor, utløser og rewirer minnet mens du drømmer. Du vil våkne, fri for den ugudelige hukommelsen som om det ikke var noe mer enn en muldvarp som måtte lases. Om morgenen vil du signere noen papirer riste legenes hånd.

Det som kunne ha blitt skinnet og formet hjernen, er fjernet. Det er ikke engang et minne om et minne - det er bare borte. Du er fri til å bevege deg fremover, uhindret, inn i fremtiden.