Målrettet hukommelsesreaktivering vil gøre dig smartere, mens du sover

Denne historie af Kate Baggaley optrådte oprindeligt i Van Winkles, publikationen afsat til at sove.

På et tidspunkt i Marcel Proust's "In search of Lost Time" bryder fortælleren med vane at tage lidt te og en madeleine-cookie. I det øjeblik han smager den "varme væske blandet med krummerne", er han overvundet med glæde. Smag af te og kage indkalder minder om sin ungdom, et visceralt link til morgenritualet han delte med sin tante.

Som Prousts fortæller indså, er vores sanser stærke nøgler til hukommelsen. Det viser sig, at dette er sandt i søvn som i kølvandet. Selvom vi ikke rent faktisk kan lære nye oplysninger, som vi døs, er forskere svært på arbejde med en proces, der kommanderer vores sanser for at hjælpe snoozing hjernen styrke eller smide det, det allerede er taget i. Teknikken, kaldet målrettet hukommelse reaktivation (TMR) bruger støj og lugt til at forstærke de hukommelsesstyrke processer, der sker under søvn. Og hvis det viser sig at være så effektivt som videnskabsfolk tror, ​​kan vi muligvis bruge det til at forbedre vores evne til at absorbere ny læring, løsne greb om traumatiske minder eller endda ændre hvordan folk tænker.

"De potentielle anvendelser er enorme," siger Susanne Diekelmann, en forsker ved universitetet i Tübingen i Tyskland, der har gennemgået TMR i flere år.

Kort sagt, det kan give os mulighed for at udforske og gribe kontrol over båndene mellem søvn og hukommelse. "Hukommelse er vigtig for identitet og kvalitetsliv, så hvis TMR kan hjælpe hukommelse, kan det hjælpe mere bredt," siger James Antony, en top neuroscientist ved Princeton University. "Fordi det på mange måder, hvad vi laver, er … forsøger at samle minder."

HVORDAN SLEEP STORER VORES MINNE

Hver dag bliver vi bombarderet med information - annoncer, samtaler, tweets, snaps, scenery, Slacks. På det tidspunkt, vi glider under omslagene, har vi samlet en række skrøbelige, nyligt hentede minder, som er bygget af forbindelser mellem neuroner. Mange af disse minder, som vi spiser til frokost hver dag, falmer med tiden. Andre styrkes og omdannes til langsigtede minder. Denne proces, kaldet hukommelseskonsolidering, ser ud til at forekomme hovedsagelig under langsom bølgesøvn. Den underliggende proces kaldes neurale replay. At lære en ny kendsgerning eller et ansigt (kaldet hukommelseskodning) svarer til et særskilt mønster af neuralt affyring. Senere, under søvn, afspiller vores slumrende hjerner det samme neuralfyrmønster fra tidligere. Det er et automatisk spil at lære og gentage, som teorien går, hjælper implantatminnene fast i hjernen.

"Det er som om din hjerne praktiserer og repeterer disse minder, siger Penny Lewis, en neuroscientist og søvnforsker ved Cardiff University i Wales, hvis arbejde fokuserer på søvn og hukommelseskonsolidering.

For hver hukommelse ser mønstret lidt anderledes ud. Men disse webs overlapper hinanden. "Ethvert stykke viden, du har, er relateret til andre ting," tilføjer Antony. Så når vores sovende hjerne genopretter minder, styrker den ikke bare dem - det indfører ny information, du har hentet op i eksisterende netværk af viden. Husk f.eks. Din sidste tur til stranden. Du kan huske, at bølger styrter langs kysten, sandkornet mod dine tæer, følelserne oprykket af dine ledsagere. Disse fragmenter opbevares i forskellige dele af hjernen. "Det er sandsynligt, at når en hukommelse afspilles på den måde, er det en fuld multisensorisk oplevelse," siger Lewis.

Med TMR kan vi muligvis forme disse processer ved at bruge dufte eller lyde (først oplevet, når vi er vågen og lærer nye oplysninger) til gnistrepliser. De rigtige dufte eller lyde kan øge processen med hukommelseskonsolidering, hvilket hjælper med at styrke - eller endda ændre - minder.

TMRs historie

Videnskabsmænd fik for første gang et indtryk af, at sensoriske signaler kunne påvirke hukommelsen under søvn i 1980'erne, da de så større memory-aktivering hos rotter, der var blevet chokeret to gange - under en læringsopgave og derefter igen under søvn. Så i 1990 parrede et hold i Canada en tikkende lyd med en logisk opgave. "Tanken var at 'minde' emnet om at 'arbejde' med at konsolidere min lille opgave ', selvom de sandsynligvis havde flere vigtige minder, der skulle konsolideres, minder Carlyle Smith, en af ​​verdens førende søvnforskere og direktøren for Trent University Sleep Research Laboratories i Ontario.

Smith ønskede at indsamle bevis for, at hukommelseskonsolidering fandt sted i søvn, hvilket mange forskere tvivlede på dengang. Han var på noget, men hans arbejde blev for det meste ignoreret, fordi det gik forud for gennembrudsfundene om replays underliggende forskernes nuværende forståelse af søvn og hukommelse.

I 2007 genoplivede Björn Rasch, en biopsykolog og kollega fra Diekelmann ved universitetet i Fribourg i Schweiz, TMR ved hjælp af en version af Memory Game Concentration. Mens folk lærte at knytte billeder af kort til bestemte steder på en computerskærm, pumpede forskerne i duften af ​​roser. Denne lugt, vasket i baggrunden, blev forbundet i folks sind med det, de lærte. De, der blev udsat for aromaen under søvn, havde en kant i at mindes placeringen af ​​kortene.

Intrigued, teamet fortsatte med at sonde teknikken, som de fandt kunne gøre minderne mere stabile, og gør det hurtigere, end de ellers ville være. Forskellige andre dufte, de opdagede, fungerede lige så godt at cue memories. Men de var endnu ikke sikre på, hvor meget information der kunne fastgøres til en enkelt lugt, eller hvis en lugt måske taber sin hukommelsesudløsende effekt over tid.

Når bestemte lyde blev præsenteret igen under slow wave-søvn, mindede fagpersonerne lokationerne for de tilknyttede billeder mere præcist.

Det var ikke længe før videnskabsfolk opdagede at lyd også er en effektiv trigger. I et forsøg blev fagpersoner bedt om at huske gridkoordinaterne for et billede, såsom en kat eller en kedel, der var blevet parret med en relevant lyd, såsom en meow eller fløjte. Når bestemte lyde blev præsenteret igen under slow wave-søvn, mindede fagpersonerne lokationerne for de tilknyttede billeder mere præcist.

TAPENS KAPABILITETER

Selv om TMR er i sin barndom, har forskere allerede set store fremskridt i hvad det kan gøre. Og potentialet, lige nu, virker grænseløst.

TMR synes at øge motoriske færdigheder såvel som eksplicitte minder. Antony og hans kolleger satte et eksperiment op med et spil, der lignede "Guitar Hero." Deltagerne lærte to forskellige melodier, hvoraf den ene blev cued under søvn. Derefter kunne de spille søvnmelodien mere præcist end den anden.

Og vi kan muligvis også bruge TMR til at ændre minder. For nylig rapporterede Diekelmann og hendes kohort, at TMR hjalp mænd med at finde ud af skjulte mønstre og omdanne deres intuition til forståelse (kvinderne fik ikke så signifikant et boost, men de fleste TMR-studier afslører ingen forskel på tværs af kønnene).

Når Penny Lewis fra Cardiff University cued "melodier, som folk havde tappet ud tidligere, blev folk både hurtigere og bedre til at artikulere melodien skriftligt.

Og da Batterink og firma bad folk om at afklare ord samlet efter et sammensat grammatisk system, syntes TMR at hjælpe dem med at intuitere systemets regler. "Det er ret små effekter," siger Batterink. "Det er ikke som om de er dobbelt så gode."

Men det er stadig inspirerende. Forskere undersøger selv, om TMR kan påvirke, hvordan følelsesmæssige minder er konsolideret. Lewis, for eksempel, graver ind i, hvorvidt der udløses forstyrrende minder under søvn, kan gøre dem mindre distresserende.

"Vi har nogle rigtig gode data, der tyder på, at det kan," siger hun.

Lewis og hendes kolleger præsenterer mennesker, der forstyrrer billeder (som bilkrascher) parret med en lydkue. Efter søvn synes folk at finde disse billeder mindre urolige, hvis de blev reaktiveret ved hjælp af TMR. En forklaring på dette fænomen kan ligge i en neurotransmitter kaldet noradrenalin, hvilket i høj grad mindskes under REM-søvn. Det hjælper med at kontrollere kroppens fysiologiske frygtresponser, såsom øget hjertefrekvens, svedtendens eller elevudvidelse.

Lewis er ved at grave sig ind i, hvorvidt der opstår ubehagelige minder under søvn, eller gøre dem mindre foruroligende. "Vi har nogle rigtig gode data, der tyder på, at det kan," siger hun.

"Ideen er, at hvis du afspiller disse minder på det tidspunkt, kan du faktisk ikke have det følelsesmæssige svar," siger Lewis. "Så afspilning af det uden det fysiologiske svar kan hjælpe folk med at afkoble hukommelsen fra følelserne."

Det er ikke svært at forestille sig TMR som en behandling for traumeforstyrrelser, herunder PTSD. Det er en spændende udsigt, men for nu, selv i de tidlige forsøg, der involverer dem med forstyrrende minder, er det for tidligt at drage nogen konklusioner, siger han.

"Vi har brug for en god database, før vi kan overføre dette til patienter, fordi det ikke er helt klart, hvad det vil gøre," siger Rasch. "Hjælper det faktisk folk, at genaktivere denne traumatiske hukommelse under søvn, eller gør det tingene værre?"

Rasch og hans kolleger undersøger også, hvordan TMR kan lette læring i fremmedsprog.

Og mens TMR synes at være mest nyttigt for at forbedre minder, der stadig er konsolideret, kan det vise sig nyttigt at hjælpe Alzheimers patienter med at huske hjemmet eller genkende familiemedlemmer. Fysioterapeuter kan også udnytte TMR til at hjælpe folk med at genvinde motorkompetencer efter slagtilfælde eller skade.

Det er også godt inden for muligheden for, at TMR endog kan påvirke, hvordan folk tænker. Sig, du er på en fest, og få øje på din kollega på tværs af værelset. Du bølge; de reagerer ikke. Du skal dømme for dig selv, om de snubber dig eller bare ikke så dig. Vi løber hele tiden over tvetydige situationer. Nogle mennesker, som dem med angst eller depression, er mere tilbøjelige til at lægge et negativt spin på dem.

FEJLEN MED TMR

På trods af arsenalet af applikationer for TMR er dets indflydelse på hukommelsen subtil, og det er uklart, hvor længe virkningerne varer. Og andre kinks skal udarbejdes.

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

"Vi ved ikke engang, hvordan signalet ser ud," siger Antony. Han og hans kolleger bruger TMR til at illustrere hukommelsesreplikation hos mennesker ved at måle fagernes reaktivering af tidligere betragtede billeder med elektroencefalografi (EEG).

"Lugt er en meget kraftig trigger, fordi den er direkte forbundet til denne hjernegruppe, der er relateret til hukommelse, mens lyde … skal stoppe ved relæstationen først."

Lyd og lugt er begge blevet brugt som tegn i TMR eksperimenter, og hvert domæne har sine egne fordele. Lugt, for startere, er ikke fremmed i søvnvidenskabens verden. Der er nogle tegn på, at urter som lavendel kan hjælpe os med at slappe af og glide af, og at lugten kan påvirke det følelsesmæssige indhold af en persons drømme.

Faktisk er hjernens luftsystem tæt forbundet med hippocampus og til følelsesrelaterede områder som amygdala. Lugt opstår også normalt ikke os op; de bliver behandlet i søvn uden at forstyrre det.

Det samme gælder ikke for lyde, som er dirigeret gennem thalamus."Lugt er en meget kraftfuld trigger, fordi den er direkte forbundet til denne hjernegruppe, der er relateret til hukommelse, mens lyde … skal stoppe ved relæstationen først," siger Pereira.

Præcis kalibrerende lyde for TMR er også vanskelig. Lyde kan let forstyrre sveller. Og alligevel, "hvis du spiller dem for roligt, er du ikke helt sikker på, at de bliver registreret," siger Batterink. "Så det kan være lidt af en delikat balance mellem at få lydstyrken lige præcis på individuel basis."

På den anden side er lyden mere vellykket til at cueing motor-dygtighed præstationer end lugt; Hjerner, der er involveret i lydbehandling, er stærkt forbundet med motorområder, siger Diekelmann.

Sammenlignet med lugte er lyde også nemmere at kontrollere hjemme, hvilket betyder, at forskere kan fremkalde et næsten ubegrænset bibliotek af dem. "Hvis vi ønskede 60 forskellige lugtstoffer, der er særdeles særprægede fra hinanden, ville det være meget sværere at arrangere," siger Lewis.

En lugt er et stumt redskab, der virker på alle minder (lært under eksperimentelle studie sessioner) lige. Lyde giver mulighed for en mere specifik, finkornet tilgang, der kan identificere individuelle minder.

Derudover kan lyde afspilles og behandles hurtigere end lugte kan. En lugt er et stumt redskab, der virker på alle minder (lært under eksperimentelle studie sessioner) lige. Lyde giver mulighed for en mere specifik, finkornet tilgang, der kan identificere individuelle minder.

Cues til side, hvis TMR kan bryde ud af laboratoriet, forbliver andre praktiske overvejelser overordnede. Til hjemmebrug skal forskere udvikle en gadget til at identificere en persons søvnstadium og derefter levere en cue på det rigtige tidspunkt. Folk bliver habituated til lyden, per medforfatter Rebecca Spencer, fra University of Massachusetts Amherst.

Smith, som forestiller TMR, bliver brugt til at studere eller sport, siger: "Ideen venter på en slags meget enkel enhed eller app, der kan gøre disse ting, selvom jeg synes det er helt muligt."

Rasch og hans kolleger arbejder på at udvikle en sådan enhed, som ville optage en persons søvn og derefter automatisk præsentere ord til det rigtige tidspunkt og højre volumen. Han forventer at have et principprincip om et år eller to, hvorefter han ville finde samarbejdspartnere for at hjælpe med at designe gadgeten.

"Det ville sandsynligvis involvere elektroder eller en slags hjernen optagelsesenhed … meget enklere end i søvn lab", siger han.

Den mørke side af meddelelsen med mindet

Messing med hukommelse er farlig virksomhed, og enhver teknologi, uanset hvor velegnet det er, kan bruges til unødvendige midler. Når tiden kommer for at TMR kommer frem fra laboratoriet, skal de potentielt uhyggelige anvendelser genkendes.

Et af de største bekymringer skyldes, at TMR kan påvirke, hvordan folk tænker. Og Raschs undersøgelse af, hvordan det kan skifte fortolkningsforskelle (hvordan vi opfatter nogen handler mod os) er kun begyndelsen.

"Du kan bruge TMR til at hjælpe folk med at mindske deres bias, men du kan også lige så nemt … forsøge at overbevise folk om, at disse ideer er bedre, eller om disse mennesker er bedre"

Antony er forsigtig med at ekstrapolere fra dette arbejde. "Det er lovende, men der har ikke været et direkte link, der viser, at dette kommer til at helbrede racisme," siger han.

"Du kan bruge TMR til godt at hjælpe folk med at mindske deres bias, men du kan også lige så nemt … forsøge at overbevise folk om, at disse ideer er bedre, eller om disse mennesker er bedre", siger Pereira, som har medforfattet et papir, der gennemgår løftet og faldgruber af TMR forskning.

TMR-hjernevaskning er usandsynligt, ifølge forskerne. Men der er andre bekymringer: Forestil dig at du er i et hotelværelse, og mens du sover, piper nogen i duften af ​​en særlig buttery croissant. Når du leder ned til morgenmadsbaren næste morgen, ser du flaky wienerbrød til salg. Sub enhver vare eller endda ide i stedet for croissanter, og du får ideen.

"Jeg synes det største problem er … hvis du ikke er informeret om, hvad der spiller, når du sover," siger Rasch.

Skulle den mest almindelige inkarnation af TMR være værktøjer til at øge indlæringen, er risikoen for ondsindede applikationer pr. Antony sandsynligvis lav. Jo vigtigere bekymring, siger han, sørger for, at folk kender de relative omkostninger og fordele.

"Vi forstår stadig ikke præcis, hvordan det virker," siger Pereira. "Du ved ikke, hvad der skal ske, og så skal du ikke bare gå rundt og prøve det selv alene hjemme."

Nogle få negative konsekvenser af TMR eksperimenter har vist sig. I Lewis melodi-eksperiment har mennesker, der modtog TMR, for eksempel gjort værre end andre til at udføre eller dechifrere den anden, ikke-cued-sekvens. Dette indikerer, at hukommelsesreplikationer kan være en begrænset ressource i hjernen.

"Hvis du bevise at dette er en sikker og effektiv teknik til forbedring af kognition, så hvordan bestemmer du hvem der får adgang til det og hvorfor?"

Mange eksperimenter foreslår en afvejning, hvor reaktivering og dermed øge en hukommelse kommer på bekostning af cementering af en anden. Hvis TMR resulterer i en nul-sumgevinst, kan brugere måske ikke forstærke minder, som de ikke fokuserer på. Studerende vil måske sige, plump up spansk ordforråd på bekostning af ligninger, de lærte i Trig.

En anden bekymring er, at TMR-brugere ved et uheld kan skabe falske minder. Dette sker allerede, når vi overfører minder om langtidsopbevaring; reaktiveringer bevare eller generalisere kernen i en oplevelse, men enkelte detaljer kan smuldre væk. Det er muligt, at TMR ville anspore denne proces.

Og som med andre potentielle værktøjer til at øge kognitiv funktion, har forskerne grund til at være forsigtige. "Vi gør noget med hjernen i en tilstand, hvor bevidst kontrol er begrænset," siger Rasch. "Vi skal overveje det.

Fordi vi stadig ikke ved, om TMR har nogen langsigtede sundhedsmæssige konsekvenser, siger Rasch, at han ikke vil anbefale det endnu i større målestok eller hos mennesker med forhold som PTSD. Men for simpel, individuel brug, som f.eks. Vokabulær læring, siger han, at der sandsynligvis ikke er meget fare.

Ved starten kan TMR sandsynligvis være dyrt og give endnu større fordel til folk med penge til at brænde.

"Hvis du bevise at dette er en sikker og effektiv teknik til forbedring af kognition," siger Pereira. "Så hvordan bestemmer du hvem der får adgang til det og hvorfor?"

Fremtiden for mindet

Før spørgsmålet om adgang og hensigt diskuteres selv, skal mange års forskning stadig være afsluttet, før forskerne begynder at spille i underbevidstheden for at udvinde, forbedre eller ændre minder. Og pr. Forskere er fremtidens TMR-gave i sidste ende håb, selvom det er snoet med mere end en lille bange.

Forestil dig dette scenario: Tyve år fra nu finder der en forfærdelig begivenhed sted, hvor du er til stede. Måske skete der på din vej hjem en nat eller mens du var på rejse. Uanset hvad, det rystede dig dybt, og du finder dig selv hjemsøgt af skræmmende minder. Du kan deltage i standard talk-terapi, men du kan også vælge at lave en aftale med en mere specialiseret læge.

I løbet af din session vil lægen spille en hurtig tone eller diffusere en duft af duft. Den lyd eller duft dukker op igen, når du nyder en almindelig nats søvn på sit kontor, der udløser og omdirigerer hukommelsen, mens du drømmer. Du vil vågne, fri for den onde hukommelse som om det ikke var mere end en muldvarp, der skulle laseres. Om morgenen skriver du et par papirer, ryst lægenes hånd.

Hvad der kunne være arret og formet hjernen er blevet fjernet. Det er ikke engang en hukommelse om en hukommelse - det er simpelthen væk. Du er fri til at bevæge dig fremad, uhindret, ind i fremtiden.