Секретная сила сна: отход ко сну после тренировки улучшает двигательные навыки

Когда вы осваиваете новый навык, например, игру на пианино, вы, возможно, слышали, что «практика приводит к совершенству». Но согласно новому исследованию, опубликованному в Journal of Neuroscience , время сна может быть столь же важным, как и сама практика. Исследователи обнаружили, что двигательные воспоминания — способ нашего мозга сохранять навыки и действия — не просто консолидируются с течением времени, но и могут быть значительно улучшены, когда сон следует непосредственно за практикой.

Исследовательская группа приступила к изучению давнего спора в нейронауке: играет ли сон роль в консолидации моторных воспоминаний или этот процесс является исключительно функцией времени? Хотя давно известно, что сон улучшает декларативную память — тот тип, который помогает нам вспоминать факты и события, — его роль в моторной памяти, такой как изучение новых физических навыков, была менее ясна.

Предыдущие исследования предполагали, что моторные воспоминания, особенно те, которые задействованы в адаптации к новым сенсомоторным условиям, консолидируются со временем, независимо от сна. Однако эти исследования не учитывали время между обучением и сном, которое может быть критическим фактором.

В этом исследовании ученые предположили, что моторные воспоминания действительно могут выиграть от сна, но только когда сон происходит вскоре после практики, пока память еще свежа и хрупка. Эта гипотеза, если подтвердится, будет означать, что существуют общие механизмы в том, как консолидируются различные типы воспоминаний, независимо от того, связаны ли они с изучением фактов или освоением новых навыков.

«Хотя общеизвестно, что сон улучшает сознательные воспоминания о фактах и событиях, его роль в консолидации воспоминаний о двигательных навыках, таких как езда на велосипеде, остается предметом споров», — говорит автор исследования Валерия Делла-Маджоре , директор Лаборатории физиологии действия в Университете Буэнос-Айреса, профессор Университета Сан-Мартин и внештатный профессор Университета Макгилла.

«Однако большинство исследований, оспаривающих роль сна в моторном обучении, в значительной степени упускают из виду значимость временного интервала, прошедшего между тренировкой и сном, как соответствующего фактора. В нашем исследовании мы стремились изучить близость между тренировкой и временем отхода ко сну как основного модулятора, учитывая потенциальное влияние сна на оптимизацию протоколов тренировок и реабилитации».

Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи провели серию экспериментов с участием 290 участников, все из которых были правшами, без истории неврологических или психиатрических расстройств. Участники в возрасте от 20 до 28 лет были набраны из Школы медицины Университета Буэнос-Айреса. До и во время исследования они придерживались регулярного графика сна, который контролировался с помощью самоотчетных журналов.

В исследовании использовалась задача на зрительно-моторную адаптацию — хорошо зарекомендовавший себя метод изучения сенсомоторной адаптации. Участники должны были перемещать курсор на экране компьютера, чтобы поражать цели с помощью джойстика. Хитрость заключалась в том, что иногда движение курсора изменялось оптическим вращением, заставляя участников адаптировать движения рук, чтобы точно поразить цель. Эта задача позволила исследователям измерить, насколько хорошо участники сохраняли способность адаптироваться к этим изменениям — меру двигательной памяти.

В первом эксперименте 111 участников были разделены на пять групп, каждая из которых проходила тестирование с разными интервалами после тренировки, от 15 минут до девяти часов. Эти интервалы не контролировали, когда участники ложились спать, имитируя повседневные ситуации, когда люди тренируются в разное время дня. Другая группа участников тренировалась, а затем спала, прежде чем пройти тестирование через 24 часа.

Во втором эксперименте исследователи стремились найти наиболее уязвимый период для консолидации памяти, вводя помеху — еще одну обучающую задачу — чтобы увидеть, как быстро будет разрушаться моторная память из первой задачи. Выборка из 92 участников адаптировалась к двум противоположным оптическим вращениям, разделенным разными интервалами, от пяти минут до 24 часов, с проверкой сохранения памяти на следующий день.

В последнем эксперименте исследователи напрямую проверили гипотезу о том, что сон приносит пользу сенсомоторной адаптационной памяти только тогда, когда он происходит вскоре после обучения, в пределах выявленного критического окна. Выборка из 74 участников была разделена на две основные группы: одна группа тренировалась над задачей поздно ночью и вскоре ложилась спать, в то время как другая группа тренировалась утром и ложилась спать гораздо позже. Обе группы были протестированы через 24 часа после их первоначального обучения.

Для контроля потенциальных циркадных эффектов исследователи также включили две дополнительные контрольные группы: одна тренировалась вечером и проходила тестирование утром после полноценного ночного сна, а другая тренировалась утром и проходила тестирование вечером без промежуточного периода сна.

В первом эксперименте, где время между тренировкой и сном не контролировалось, не было выявлено значительной разницы в сохранении памяти между участниками, которые спали, и теми, кто не спал. Это открытие совпадает с предыдущими исследованиями, предполагающими, что консолидация моторной памяти не зависит от сна, когда тренировка распределена в течение дня.

Однако второй эксперимент показал, что моторные воспоминания были наиболее хрупкими — следовательно, наиболее нуждающимися в консолидации — в течение первого часа после тренировки. В течение этого времени введение второго задания значительно затрудняло сохранение первого задания. Это открытие выявило критическое окно, в течение которого мозг наиболее восприимчив к помехам.

Третий эксперимент предоставил самые убедительные доказательства. Когда участники тренировались непосредственно перед сном, сохранение их памяти было значительно лучше — примерно на 30% — чем когда они тренировались и бодрствовали в течение нескольких часов перед сном. Улучшение было связано с определенными изменениями в активности мозга во время сна, включая повышенную плотность сонных веретен (краткие всплески активности мозга во время сна с небыстрым движением глаз) и их связь с медленными колебаниями. Эти изменения были особенно выражены в полушарии мозга, противоположном руке, используемой в задании, что говорит о том, что сон активно консолидирует двигательную память путем тонкой настройки нейронных связей.

«Мы были удивлены постоянным улучшением памяти примерно на 30%, наблюдаемым в группах, прошедших независимое обучение», — рассказал Делла-Маджоре PsyPost. «Мы были рады повторить предыдущие выводы нашей лаборатории, показывающие, что сон специфически модулирует нейронные маркеры консолидации памяти в полушарии мозга, контралатеральном (противоположном) по отношению к тренированной руке».

Последствия этого исследования далеко идущие. Если время сна может значительно улучшить двигательную память, это может изменить наш подход к обучению навыкам и реабилитации. Спортсмены могут извлечь пользу из дневного сна вскоре после тренировки, а программы реабилитации можно оптимизировать, согласовав сеансы терапии с графиком сна пациентов.

«Выбор времени для практики навыка в соответствии с вашим графиком сна может значительно улучшить вашу способность сохранять и применять этот навык», — сказал Делла-Маджоре. «Эта простая корректировка может эффективно повысить моторное обучение и восстановление в спортивных и реабилитационных условиях».

Хотя эти результаты многообещающие, исследование имеет ограничения, которые должны быть рассмотрены в будущих исследованиях. Во-первых, задачи по обучению двигательным навыкам были строго контролируемыми и не могут в полной мере отражать более сложные действия в реальной жизни. Будут ли те же преимущества, связанные со сном, применяться к таким навыкам, как игра на музыкальном инструменте или спорт, еще предстоит выяснить. Кроме того, хотя исследование контролировало качество сна, оно не изучало, могут ли более короткие дневные сны иметь такой же эффект, как полноценный ночной сон.

Читайте наши статьи на Дзен