Сон необходим для реорганизации полученной информации — во время сна кратковременная память превращается в долговременную. Происходит это за счёт уничтожения в мозгу синапсов, несущих незначительную информацию, и укрепления синапсов, поддерживающих «нужные записи».

Регулярное недосыпание ухудшает память и затрудняет обучение. Наверное, каждому предоставлялась в жизни возможность убедиться в этом на собственном опыте. Но вот чем конкретно сон полезен для мозга? — Это вопрос; его физиологическая механика долгое время оставались загадкой. Исследователи из двух лабораторий, Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Университета Висконсина-Мэдисона, попытались более конкретно определить роль сна в высшей нервной деятельности.

Группой под руководством Пола Шоу из Вашингтонского университета были получены генетически модифицированные дрозофилы, которых можно было усыплять в любой момент, по желанию экспериментатора. В нейроны, ответственные за сон, был введён ген белка, который активировал эти нервные клетки, и дрозофила засыпала. Синтез белка можно было включить, повысив температуру окружающей среды до 31 ˚C или накормив мух капсаицином — веществом, которое придаёт жгучесть перцу чили. Острая пища усыпляла мух, но не сразу, повышение же температуры действовало почти мгновенно.

Самцы дрозофилы с управляемым сном запускались в клетку, где сталкивались с другими самцами, выкупанными в феромонах самок. Первые начинали немедленно ухаживать за вторыми, но, естественно, их отвергали. А вот дальше начиналось самое интересное. Если одураченные самцы засыпали сразу после неудачного сеанса ухаживания (то есть их «вырубали» нагреванием), то они прекрасно запоминали свои неудачи на любовном фронте и уже не пытались соблазнить «переодетых коллег». Если же такие самцы засыпали с задержкой, не сразу (после кормёжки пищей с капсаицином), то никакой долговременной памяти о прошлых неудачах у них не сформировывалось, и они продолжали свои бесполезные ухаживания.

То же самое демонстрировали самцы, у которых нейроны сна стимулировали нагреванием, но при этом насильно поддерживали в состоянии бодрствования. Как заключают исследователи в своей статье, опубликованной в журнале Science, именно сон как физиологическое состояние, а не просто стимуляция специальных нейронов, оказывает благотворное воздействие на память, и суть этого влияния сводится к превращению кратковременной памяти в долговременную.

Именно благодаря сну то, что было лихорадочно прочитано перед экзаменом, можно запомнить на более-менее длительный срок. Сон, можно сказать, закрепляет пройденный материал.

Эксперименты второй группы исследователей предлагают механизм, с помощью которого сон может осуществлять такую реорганизацию памяти. На самом деле, эта работа подтверждает известную теорию о том, что во время сна мозг избавляется от несущественных воспоминаний, просто засоряющих «дисковое пространство». Все данные, которые попадают к нам в мозг, подкрепляются образованием новых синапсов, контактов между нервными клетками; нервный импульс, который поддерживается и не затухает благодаря таким синапсам, соответствует какой-то единице информации, попавшей в мозг.

Чтобы узнать, что происходит с синапсами во время сна, исследователи вновь обратились к дрозофилам. Плодовых мушек выращивали в буквальном смысле в «одиночных камерах», где они не могли контактировать с себе подобными, после чего им организовывали «светский бал» — выпускали в одну большую бутыль, в которой они летали и общались друг с другом. К концу насыщенного впечатлениями дня в мозгу у мух образовывалось великое множество синапсов; однако эти синапсы исчезали, если мухам давали поспать. Если же дрозофилам спать не давали, все новообразованные контакты между нейронами оставались в целости и сохранности.

На образование и поддержание синапсов уходит довольно много энергии, и во время сна и впрямь может происходить своеобразный перебор между сильными и слабыми синапсами: слабые, несущие вторичную информацию, исчезают, сильные (допустим, образовавшиеся при целенаправленном обучении) остаются. В итоге больше энергии уходит на оставшиеся сильные синапсы, и ненужная информация не засоряет нам мозг — что опять-таки способствует лучшей памяти и обучению.

В журнале Science исследователи пишут о белке Fmr1, который помогает очищать нервную систему от ненужных синапсов. Если ген этого белка работает у человека плохо, это ведёт к синдрому Мартина-Белла (Х-синдрому), который проявляется в аутизме, умственных расстройствах — и нарушениях сна. Если же этого белка синтезируется больше обычного, то реорганизация синапсов происходит даже без сна.

Хотя учёным ещё предстоит проверка их результатов на млекопитающих, общий вывод, сделанный по этим двум исследованиям, таков: сон не просто «освежает» и делает ваш мозг готовым к получению новой информации на следующий день — без сна мы вообще не смогли бы ничего запомнить.