Известно, что сон помогает людям стабилизировать информацию и задачи, полученные в течение предыдущего дня. Теперь исследователи обнаружили, что сон оказывает аналогичное влияние на обучение у скворцов, и это открытие откроет путь к будущим исследованиям того, как мозг учится и сохраняет информацию.
Исследование, опубликованное в среду в The Journal of Neuroscience, заполняет важный пробел между поведенческими данными человека и экспериментами на животных по поводу того, как мозг изменяется после обучения и сна.
"Мы действительно хотели поведенчески показать, что эти типы зависимых от сна улучшения памяти наблюдаются у животных," сказал Тимоти Браун, аспирант Чикагского университета и ведущий автор исследования. "Примечательно то, что картина здесь очень похожа на то, что мы видим у людей. Ничего особенного не было."
Чтобы выжить, животные должны уметь учиться на собственном опыте, и понимание биологии этого процесса остается открытым научным вопросом. Предыдущие исследования показали, что сон играет важную роль в обучении вокалу птиц, а также важен для стабилизации воспоминаний у людей.
В 2008 году Браун и соавторы Кимберли Фенн, Ховард Нусбаум и Дэниел Марголиаш обнаружили, что ночной сон стабилизировал навыки людей, которые учатся играть в видеоигру-шутер от первого лица. Это исследование основано на предыдущем исследовании Фенн, Нусбаум и Марголиаш в 2003 году, которое показало, что сон помогает студентам колледжа сохранять перцептивное обучение речи, генерируемой компьютером.
Но зависимая от сна консолидация не была окончательно доказана поведенческими методами у взрослых животных. Поэтому Браун решил повторить результаты своего исследования на людях на скворце, птице, известной своим вокалом и навыками слушания.
Скворцов обучили различать два пятисекундных фрагмента пения птиц в учебной задаче, называемой процедурой go-nogo. Если они слышали одну песню, "идти" стимул, они получат гранулированный корм после того, как правильно засунут клюв в отверстие в клетке. Если другая песня, "нет" Разыгрывался стимул, он давал понять, что птица не должна тыкать клювом в нору, иначе свет в клетке ненадолго выключился.
Группы скворцов обучались этой задаче в разное время дня, а затем повторно тестировались позже, чтобы увидеть, насколько хорошо они сохранили свои знания. Во всех группах результативность выполнения задания улучшилась после того, как птицы выспались, по сравнению с их выполнением перед сном. Этот результат повторил модель улучшения сна, наблюдаемую в исследованиях на людях.
Другой паттерн обучения человека, называемый ухудшением способности к бодрствованию, не был полностью воспроизведен у скворцов. Когда людей учат заданию утром, их производительность по некоторым заданиям ухудшается в течение дня, только чтобы восстановиться после периода сна.
Скворцы также показали небольшое снижение выполнения задачи no-nogo в течение дня без сна, но эти изменения не были статистически значимыми. Браун предположил, что ухудшение состояния может быть более выраженным у людей, потому что, в отличие от скворцов в клетках, человеческая задача должна конкурировать с остальными повседневными переживаниями.
"В исследованиях на людях мы не можем контролировать то, что они делают в течение дня," Браун сказал. "В экспериментах со скворцами у них нет никаких других взаимодействий … Я думаю, что здесь гораздо меньше интерференционного эффекта." В будущих экспериментах со скворцами и людьми можно будет напрямую изучить влияние помех на обучение и то, как сон может преодолеть эти эффекты.
Тем не менее, открытие подобной зависимой от сна консолидации обучения у скворцов и людей открывает новые возможности для исследования механизмов обучения и памяти.
"Результат предполагает, что это очень широкий, общий феномен, который может быть общим для очень многих позвоночных," сказал Марголиаш, профессор органической биологии, психологии и нейробиологии. "Было очень важно показать это, и теперь это открывает возможность для механистических и поведенческих экспериментов на животных, которые трудно проводить на людях."
Такие исследования будут продолжением длительного сотрудничества между группами Марголиаша и Нусбаума, которое предлагает уникальную возможность одновременно изучать взаимодействие между обучением, памятью и сном у нескольких видов, с результатами экспериментов с птицами, которые будут использоваться в исследованиях на людях, и наоборот.
"Существует очень мало парадигм исследований, которые разворачивались в одно и то же время параллельно с использованием людей и животных," сказал Нусбаум, профессор и кафедра психологии. "Эти научные достижения позволяют предположить, что мы сможем использовать птиц для изучения роли сна в обучении вокалу и развитии речи у людей."
Из большого количества данных ясно, что сон является важным стабилизатором обучения у разных видов, что предполагает долгую эволюционную историю этой конкретной функции. Браун сказал, что он достаточно убежден в этом феномене, чтобы применить его к своим собственным учебным привычкам.
"Если у меня есть дневной тест, я хочу убедиться, что я много учился накануне, а не просто делал это утром перед тестом," Браун сказал.