Målriktad minnesreaktivering gör dig smartare när du sover

Denna historia av Kate Baggaley uppträdde ursprungligen i Van Winkles, publikationen ägnas åt att sova.

Vid ett tillfälle i Marcel Prousts "In search of Lost Time" bryter berättaren med vana att ta lite te och en madeleinekaka. I det ögonblick han smakar den "varma vätskan blandad med smulorna", övervinnas han med glädje. Smaken av te och kakor kallar på minnen av hans ungdom, en visceral länk till morgonritualen han delade med sin moster.

Som Prousts berättare insett är våra sinnen kraftfulla nycklar till minnet. Det visar sig att detta är sant i sömnen som i kölvattnet. Medan vi faktiskt inte kan lära oss ny information när vi dö, är forskare svåra på jobbet med en process som kommanderar våra sinnen för att hjälpa snoozinghjärnan att stärka eller kasta ut vad det redan är intaget. Tekniken, som kallas målad minnesreaktivering (TMR), använder ljud och lukter för att förstärka de minnesstärkande processer som händer under sömnen. Och om det visar sig vara så effektivt som vetenskapsmän tror, ​​kan vi kanske använda det för att förbättra vår förmåga att absorbera ny inlärning, lossa gripet av traumatiska minnen eller till och med ändra hur människor tänker.

"De potentiella applikationerna är enorma", säger Susanne Diekelmann, forskare vid universitetet i Tübingen i Tyskland som har undersökt TMR i flera år.

Kortfattat kan det låta oss utforska och ta kontroll över banden mellan sömn och minne. "Minne är viktigt för identitet och kvalitetsliv, så om TMR kan hjälpa till med minnet, kan det hjälpa till större," säger James Antony, en top neuroscientist på Princeton University. "Eftersom det på många sätt är vad vi gör är … försöker samla minnen."

HUR SLEEP STÄLLER VÅRA MINNE

Varje dag bombas vi med information - annonser, samtal, tweets, snaps, scenery, Slacks. När vi glider under omslaget har vi samlat en rad bräckliga, nyinställda minnen, som är byggda från samband mellan neuroner. Många av dessa minnen, som vi äter till lunch varje dag, bleknade med tiden. Andra stärks och omvandlas till långsiktiga minnen. Denna process, kallad minneskonsolidering, verkar förekomma främst under långvågssömn. Den underliggande processen kallas neuralt replay. Att lära sig ett nytt fakta eller ansikte (kallad minneskodning) motsvarar ett distinkt mönster av neuralt skjutning. Senare, under sömnen, spelar våra slumrande hjärnor det samma neurala skjutmönstret från tidigare. Det är ett automatiskt spel att lära och repetera, som teorin går, hjälper till att implantera minnen hårt i hjärnan.

"Det är som om din hjärna övar och övar dessa minnen, säger Penny Lewis, en neurovetenskaplig och sömnforskare vid Cardiff University i Wales vars arbete fokuserar på sömn och minneskonsolidering.

För varje minne ser mönstret lite annorlunda ut. Men dessa webbsidor överlappar varandra. "Varje del av kunskap som du har är relaterad till andra saker", tillägger Antony. Så när vår sovande hjärna replikerar minnen, stärker den inte bara dem - det inbjuder till ny information som du har tagit upp i befintliga nätverk av kunskap. Minns till exempel din senaste resa till stranden. Du kanske kommer ihåg att vågorna kraschar längs stranden, sandkornet mot tårna, känslorna rörde sig upp av dina följeslagare. Dessa fragment lagras i olika delar av hjärnan. "Det är troligt att när ett minne spelas upp på det sättet är det en full multisensorisk upplevelse", säger Lewis.

Med TMR kan vi kanske forma dessa processer genom att använda dofter eller ljud (som ursprungligen upplevdes när vi är vakna och lär sig ny information) för att gnista replays. Rätt dofter eller ljud kan öka processen för minneskonsolidering, vilket hjälper till att stärka - eller till och med ändra - minnen.

TMRs historia

Forskare fick först med att de sensoriska signalerna kunde påverka minne under sömnen på 1980-talet när de såg större minnesaktivering hos råttor som hade chockats två gånger - under en inlärningsuppgift och sedan igen under sömnen. Därefter parade ett lag i Kanada 1990 ett tikkande klockaljud med en logisk uppgift. "Tanken var att" påminna "ämnet för att" arbeta "för att konsolidera minnet av vår lilla uppgift", trots att de förmodligen hade mer viktiga minnen som behövde konsolideras, påminner om Carlyle Smith, en av världens ledande sömnforskare och direktören för Trent University Sleep Research Laboratories i Ontario.

Smith ville samla bevis på att minneskonsolidering inträffade i sömnen, vilket många forskare tvivlade vid den tiden. Han var på något, men hans arbete ignorerades mest eftersom det föregick genombrottsfunnen om replays som ligger till grund för forskarnas nuvarande förståelse av sömn och minne.

År 2007 återupptog Björn Rasch, en biopsykolog och kollega från Diekelmann vid universitetet i Fribourg i Schweiz, TMR med hjälp av en version av minnesspelkoncentrationen. Medan människor lärde sig att associera bilder av kort med vissa platser på en datorskärm, pumpade forskarna i doften av rosor. Denna lukt, som viftades in i bakgrunden, blev länkad i människors sinnen med vad de lärde sig. De som reexponerade för doften under sömnen hade en kant i att återkalla placeringen av korten.

Intrigued, teamet fortsatte att sondra tekniken, som de fann kan göra minnena mer stabila, och göra det snabbare än vad de annars skulle vara. Olika andra dofter, de upptäckte, fungerade lika bra för att cue minnen. Men de var ännu inte säkra på hur mycket information som kunde hängas till en enda lukt, eller om en lukt kan förlora sin minnesutlösande kraft över tiden.

När vissa ljud presenterades igen under slow wave-sömn, minnde ämnena mer noggrant platserna för de associerade bilderna.

Det var inte länge innan forskare upptäckte att ljudet också är en effektiv utlösare. I ett försök blev man ombedd att memorera bildkoordinaterna, t.ex. en katt eller vattenkokare, som hade kopplats i ett relevant ljud, till exempel en mjuka eller visselpipa. När vissa ljud presenterades igen under slow wave-sömn, minnde ämnena mer noggrant platserna för de associerade bilderna.

KAPABILITETERNA FÖR TMR

Även om TMR är i sin linda, har forskare redan sett stora framsteg i vad den kan göra. Och potentialen, just nu, förefaller gränslös.

TMR verkar öka såväl motoriska färdigheter som uttryckliga minnen. Antony och hans kollegor satte upp ett experiment med ett spel som liknar "Guitar Hero". Deltagarna lärde sig två olika melodier, varav en var cued under sömnen. Därefter kunde de spela sömnmelodin mer exakt än den andra.

Och vi kanske kan använda TMR för att ändra minnen också. Nyligen rapporterade Diekelmann och hennes kohort att TMR hjälpte män att räkna ut dolda mönster, förvandla sin intuition till förståelse (kvinnor fick inte så signifikant en boost, men de flesta TMR-studier avslöjar ingen skillnad mellan könen).

När Penny Lewis från Cardiff University cued "melodier som folk hade tappat ut tidigare, blev folk både snabbare och bättre att artikulera melodin skriftligen.

Och när Batterink och företaget bad folk att avkoda ord sammansatta enligt ett färdigt grammatiskt system, verkade TMR hjälpa dem att intuita systemets regler. "Det här är ganska små effekter," säger Batterink. "Det är inte som att de är dubbelt så bra."

Men det är fortfarande inspirerande. Forskare undersöker ens om TMR kan påverka hur emotionella minnen konsolideras. Lewis, till exempel, gräver i huruvida eller inte utlösande störande minnen under sömnen kan göra dem mindre störande.

"Vi har några väldigt fina data som tyder på att det kan", säger hon.

Lewis och hennes kollegor presenterar människor som stör bilder (som bilkrascher) ihop med en ljudkälla. Efter sömnen verkar människor tycka att dessa bilder är mindre oroliga om de reaktiveras med hjälp av TMR. En förklaring till detta fenomen kan ligga i en neurotransmittor som kallas noradrenalin, vilket minskas kraftigt under REM-sömn. Det hjälper till att kontrollera kroppens fysiologiska rädslesvar, till exempel ökad hjärtfrekvens, svettning eller pupilutvidgning.

Lewis gräver i huruvida eller inte utlösande störande minnen under sömnen kan göra dem mindre störande. "Vi har några väldigt fina data som tyder på att det kan", säger hon.

"Tanken är att om du spelar upp dessa minnen vid den tiden, kan du faktiskt inte ha det emotionella svaret, säger Lewis. "Så att spela om det utan det fysiologiska svaret kan hjälpa människor att sätta av minnet från känslorna."

Det är inte svårt att föreställa sig TMR som en behandling för trauma störningar, inklusive PTSD. Det är en förbluffande utsikter, men för nu, även i tidiga prövningar som involverar dem med upprörande minnen, är det för tidigt att dra några slutsatser, säger han.

"Vi behöver en bra databas innan vi kan överföra detta till patienter, för det är inte helt klart vad det ska göra, säger Rasch. "Hjälper det faktiskt människor, att återaktivera detta traumatiska minne under sömnen, eller gör det sämre?"

Rasch och hans kollegor undersöker också hur TMR kan underlätta att lära sig ordförråd i främmande språk.

Och medan TMR verkar vara till stor hjälp vid förbättring av minnen som fortfarande konsolideras kan det vara till hjälp för att hjälpa Alzheimers patienter att komma ihåg vägen hemma eller erkänna familjemedlemmar. Sjukgymnaster kan också utnyttja TMR för att hjälpa människor att återhämta sig mot färdigheter efter stroke eller skada.

Det ligger också bra inom möjligheten att TMR även skulle kunna påverka hur människor tänker. Säg att du är på fest och kolla din kollega över rummet. Du vinkar; de svarar inte. Du måste bedöma själv om de snubbar dig eller bara inte såg dig. Vi löper överallt tvetydiga situationer hela tiden. Vissa människor, som de som har ångest eller depression, är mer benägna att sätta negativ snurr på dem.

Problemet med TMR

Trots arsenalen för applikationer för TMR är dess inflytande på minnet subtilt, och det är oklart hur länge effekterna förblir. Och andra kinks måste utarbetas.

Till exempel, hur förekommer enskilda replays i människans hjärna?

"Vi vet inte ens hur signalen ser ut," säger Antony. Han och hans kollegor använder TMR för att illustrera minnesuppspelning hos människor genom mätning av ämnenas reaktivering av tidigare visade bilder med elektroencefalografi (EEG).

"Lukt är en mycket kraftfull trigger eftersom den är direkt kopplad till den här hjärnregionen som är relaterad till minnet, medan ljudet … måste stanna vid relästationen först."

Ljud och lukt har båda framgångsrikt använts som signaler i TMR-experiment, och varje domän har sina egna fördelar. Lukt, för att börja, är ingen främling i sömnvetenskapens värld. Det finns några bevis på att örter som lavendel kan hjälpa oss att slappna av och drifta, och den lukten kan påverka det emotionella innehållet i en persons drömmar.

Faktum är att hjärnans olfaktoriska system är nära kopplat till hippocampus och emotionsrelaterade områden som amygdala. Luktar gör också vanligtvis inte upp oss; De behandlas under sömnen utan att störa den.

Detsamma gäller inte ljud, som dirigeras genom thalamus."Lukt är en mycket kraftfull trigger eftersom den är direkt kopplad till den här hjärnregionen som är relaterad till minnet, medan ljudet … måste sluta vid relästationen först, säger Pereira.

Precis kalibrerande ljud för TMR är också knepigt. Ljud kan enkelt störa svärarna. Och ändå, "om du spelar dem för tyst, är du inte helt säker på att de registreras", säger Batterink. "Så det kan vara lite av en delikat balans mellan att få volymen bara rätt på individuell basis."

Å andra sidan är ljudet mer framgångsrikt när det gäller cueing-motorisk prestanda än lukt; Hjärnområden som är inblandade i auditiv bearbetning är starkt kopplade till motorområden, säger Diekelmann.

Jämfört med dofter är ljud också enklare att styra hemma, vilket innebär att forskare kan framkalla ett nästan obegränsat bibliotek av dem. "Om vi ​​ville ha 60 olika luktar som verkligen skiljer sig från varandra, skulle det vara mycket svårare att ordna," säger Lewis.

En lukt är ett trubbigt verktyg som verkar på alla minnen (lärt under experimentella studie sessioner) lika. Ljud tillåter en mer specifik, finkorrigerad metod som kan identifiera enskilda minnen.

Dessutom kan ljud spelas och bearbetas snabbare än luktburken. En lukt är ett trubbigt verktyg som verkar på alla minnen (lärt under experimentella studie sessioner) lika. Ljud tillåter en mer specifik, finkorrigerad metod som kan identifiera enskilda minnen.

Cues åt sidan, om TMR kan bryta ut ur labbet, fortsätter andra praktiska överväganden i stort. För hemmabruk måste forskare utveckla en gadget för att identifiera en persons sömnstadium och sedan leverera en cue vid rätt tidpunkt. Människor blir habituated till ljudet, per medförfattare Rebecca Spencer, vid University of Massachusetts Amherst.

Smith, som föreställer TMR som används för studier eller idrott, säger, "Tanken väntar på en slags väldigt enkel apparat eller app som kan göra dessa saker, även om jag tycker att det är ganska möjligt."

Rasch och hans kollegor arbetar med att utveckla en sådan enhet, som skulle spela in en persons sömn och sedan automatiskt presentera ord vid rätt tid och rätt volym. Han förväntar sig att ha bevis på principen om ett år eller två, då han skulle hitta samarbetare för att hjälpa till med att utforma gadgeten.

"Det skulle troligtvis innebära elektroder eller någon typ av hjärninspelningsanordning … mycket enklare än i sömnstationen", säger han.

DEN MÖRKA SIDAN AV MESSING MED MINNE

Messing med minne är farligt affärer och varje teknik, oavsett hur väl den är avsedd, kan användas för orättvisa medel. När tiden kommer för att TMR kommer fram ur labbet måste de potentiellt syndiga användningarna bli igenkända.

En av de största problemen är att TMR kan påverka hur människor tänker. Och Raschs undersökning om hur det kan flytta tolkningsförskjutningar (hur vi uppfattar någon som handlar mot oss) är bara början.

"Du kan använda TMR för att hjälpa människor att minska sin bias, men du kan också lika enkelt … försöka övertyga människor om att dessa idéer är bättre, eller om dessa människor är bättre"

Antony är försiktig med att extrapolera från detta arbete. "Det är lovande, men det finns inte någon direktlänk som visar att detta kommer att bota rasism", säger han.

"Du kan använda TMR för att hjälpa människor att minska sin bias, men du kan också lika enkelt … försöka övertyga människor om att dessa idéer är bättre, eller om dessa människor är bättre", säger Pereira, som har medgivit ett papper som granskar löftet och fallgropar av TMR-forskning.

TMR-hjärntvätt är osannolikt, enligt forskare. Men det finns andra problem: Tänk dig att du befinner dig i ett hotellrum och medan du sover, pipar någon i doften av en särskilt smörig croissant. När du går ner till frukostbaren nästa morgon ser du det flakiga bakverket till salu. Sub någon produkt eller till och med idé i stället för croissanter och du får idén.

"Jag tror att huvudproblemet är … om du inte är informerad om vad som spelas när du sover", säger Rasch.

Skulle den vanligaste inkarnationen av TMR vara verktyg för att öka inlärningen är risken för skadliga applikationer, per Antony, förmodligen låg. Ju viktigare bekymmer, säger han, ser till att folk känner till de relativa kostnaderna och fördelarna.

"Vi förstår fortfarande inte exakt hur det fungerar", säger Pereira. "Du vet inte vad som ska hända och så ska du inte bara gå runt och prova det själv på egen hand."

Några negativa konsekvenser av TMR-experiment har uppstått. I Lewis melodi experiment, till exempel, personer som fick TMR gjorde värre än andra för att utföra eller dechiffrera den andra, o-cued sekvensen. Detta indikerar att minnesreplikationer kan vara en begränsad resurs inom hjärnan.

"Om du bevisar att detta är en säker och effektiv teknik för att förbättra kognition, hur bestämmer du vem som får tillgång till det och varför?"

Många experiment föreslår en avvägning, där reaktivering och därigenom ökar ett minne kommer på bekostnad av att cementera en annan. Om TMR resulterar i en noll summa vinst, kan användarna misslyckas att förstärka minnen som de inte fokuserar på. Eleverna kanske säger att de plumpar upp spanska ordförråd på bekostnad av ekvationer de lärde sig i Trig.

En annan oro är att TMR-användare oavsiktligt kan skapa falska minnen. Det här händer redan när vi överför påminnelser till långtidslagring. reaktivationer bevarar eller generaliserar kärnan av en upplevelse, men enskilda detaljer kan smula bort. Det är möjligt att TMR skulle stimulera denna process.

Och som med andra potentiella verktyg för att öka kognitiv funktion, har forskare anledning att vara försiktig. "Vi gör något med hjärnan i ett tillstånd där medveten kontroll är begränsad", säger Rasch. "Vi måste överväga det.

Eftersom vi fortfarande inte vet säkert om TMR har några långsiktiga hälsokonsekvenser, säger Rasch att han inte skulle rekommendera det ännu i större skala eller hos personer med tillstånd som PTSD. Men för enkel, individuell användning, som ordförrådslära, säger han att det förmodligen inte är någon stor fara.

Vid starten kan TMR sannolikt vara dyrt och ge ännu bättre fördel för människor med pengar att bränna.

"Om du bevisar att detta är en säker och effektiv teknik för att förbättra kognitionen", säger Pereira. "Hur bestämmer du vem som får tillgång till det och varför?"

Framtiden för minnet

Innan frågan om tillträde och avsikt diskuteras ens, måste år av forskning fortfarande slutföras innan forskare börjar spelaunking i det undermedvetna att extrahera, förbättra eller ändra minnen. Och per forskare är det framtida TMR-presentet i slutändan hoppfullt, även om det är laced med mer än lite beteende.

Föreställ dig det här scenariot: Tjugo år från nu håller en hemsk händelse ut för vilken du är närvarande. Kanske hände det på väg hem en natt eller medan du reser. Oavsett fallet skakade du dig djupt och du befinner dig spökad av skrämmande minnen. Du kan delta i standardtalterapi, men du kan också välja att göra ett avtal med en mer specialiserad läkare.

Under din session skulle doktorn spela en snabb ton eller diffusa ett par dofter. Det ljudet eller doften dyker upp igen när du njuter av en vanlig natts sömn på sitt kontor, utlösande och omdirigering av minnet när du drömmer. Du kommer att vakna, fri från den ogudaktiga minnet som om det inte var mer än en mol som behövde lasas. På morgonen skriver du några papper skaka doktorns hand.

Vad som kan ha scarred och formad hjärnan har tagits bort. Det är inte ens ett minne om ett minne - det är helt enkelt borta. Du är fri att gå framåt, obegränsad, in i framtiden.