Gerichte heractivering van het geheugen zorgt ervoor dat u slimmer wordt terwijl u slaapt

Dit verhaal van Kate Baggaley verscheen oorspronkelijk in Van Winkles, de publicatie over slaap.

Op een gegeven moment in Marcel Proust's "In Search of Lost Time" breekt de verteller met de gewoonte om wat thee en een madeleine-koekje te nemen. Op het moment dat hij de "warme vloeistof gemengd met de kruimels" proeft, is hij overmand door vreugde. De smaak van thee en cake roept herinneringen op aan zijn jeugd, een diepgewortelde band met het ochtendritueel dat hij met zijn tante deelde.

Zoals Proust's verteller besefte, zijn onze zintuigen krachtige sleutels tot het geheugen. Het blijkt dat dit waar is in de slaap als in het ontwaken. Hoewel we eigenlijk geen nieuwe informatie kunnen leren terwijl we dommelen, zijn onderzoekers hard aan het werken aan een proces dat onze zintuigen aanspoort om de sluimerende hersenen te helpen versterken of weg te gooien waar het al in is opgenomen. De techniek, genaamd Gerichte Geheugen Reactivering (TMR), gebruikt geluiden en geuren om de geheugenversterkende processen die tijdens de slaap plaatsvinden te versterken. En als het zo effectief blijkt te zijn als wetenschappers geloven, kunnen we het mogelijk gebruiken om ons vermogen om nieuw leren te absorberen te vergroten, de greep van traumatische herinneringen los te maken of zelfs te veranderen hoe mensen denken.

"De potentiële toepassingen zijn enorm", zegt Susanne Diekelmann, onderzoeker aan de Universiteit van Tübingen in Duitsland, die al een aantal jaren onderzoek doet naar TMR.

Kortom, het zou ons in staat kunnen stellen om de controle over de band tussen slaap en geheugen te verkennen en te grijpen. "Geheugen is belangrijk voor identiteit en kwaliteit van leven, dus als TMR geheugen kan helpen, kan het breder helpen," zegt James Antony, een top neurowetenschapper aan de Princeton University. 'Omdat we op veel manieren proberen herinneringen op te halen.'

HOE ONTSPANNEN ONZE GEHEUGEN

Elke dag worden we overspoeld met informatie - advertenties, gesprekken, tweets, snaps, scenery, Slacks. Tegen de tijd dat we onder de dekens glippen, hebben we een reeks fragiele, nieuw geslaagde herinneringen verzameld, die zijn opgebouwd uit verbindingen tussen neuronen. Veel van deze herinneringen, zoals wat we elke dag voor de lunch eten, vervagen met de tijd. Anderen worden versterkt en omgezet in herinneringen op de lange termijn. Dit proces, geheugenconsolidering genaamd, lijkt vooral tijdens slow-wave-slaap plaats te vinden. Het onderliggende proces wordt neurale herhaling genoemd. Een nieuw feit of gezicht leren kennen (geheugencodering genaamd) komt overeen met een duidelijk patroon van neuraal afvuren. Later, tijdens de slaap, herhalen onze sluimerende hersenen hetzelfde neurale vuurpatroon van vroeger. Het is een automatisch spel van leren en herhalen, wat, de theorie bewijst, helpt bij het implanteren van herinneringen in de hersenen.

"Het is alsof je hersenen deze herinneringen oefenen en oefenen, zegt Penny Lewis, een neurowetenschapper en slaapwetenschapper aan Cardiff University in Wales, wiens werk zich richt op slaap- en geheugenconsolidatie.

Voor elk geheugen ziet het patroon er een beetje anders uit. Maar deze webben overlappen elkaar. "Elk stukje kennis dat je hebt is gerelateerd aan andere dingen", voegt Antony toe. Dus wanneer ons slaapbrein herinneringen herleeft, versterkt het niet alleen de hersenen, het bevat ook nieuwe informatie die je hebt opgepikt in bestaande netwerken van kennis. Denk bijvoorbeeld aan je laatste reis naar het strand. Je herinnert je misschien golven die langs de kust neerstorten, de zandstralen tegen je tenen, de emoties die door je metgezellen worden opgewekt. Deze fragmenten worden opgeslagen in verschillende delen van de hersenen. "Het is waarschijnlijk dat wanneer een herinnering op die manier opnieuw wordt afgespeeld, het een volledige multisensorische ervaring is", zegt Lewis.

Met TMR kunnen we misschien deze processen vormgeven door gebruik te maken van geuren of geluiden (in eerste instantie ervaren wanneer we wakker zijn en nieuwe informatie te leren) om herhalingen te genereren. De juiste geuren of geluiden kunnen het proces van geheugenconsolidering stimuleren, waardoor herinneringen worden versterkt of zelfs veranderen.

DE GESCHIEDENIS VAN TMR

Wetenschappers kregen voor het eerst een vermoeden dat sensorische signalen het geheugen tijdens de slaap konden beïnvloeden in de jaren tachtig, toen ze meer geheugenactivatie zagen bij ratten die twee keer geschokt waren - tijdens een leertaak en daarna opnieuw tijdens de slaap. Toen, in 1990, combineerde een team in Canada een tikkende klokgeluid met een logische taak. "Het idee was om het onderwerp eraan te herinneren" te werken "aan het consolideren van het geheugen van onze kleine taak," hoewel ze waarschijnlijk meer belangrijke herinneringen hadden die geconsolideerd moesten worden, herinnert Carlyle Smith, een van 's werelds toonaangevende slaaponderzoekers en de directeur van de Trent University Sleep Research Laboratories in Ontario.

Smith wilde bewijzen verzamelen dat geheugenconsolidering plaatsvond in de slaap, waar veel wetenschappers destijds aan twijfelden. Hij had iets gevonden, maar zijn werk werd meestal genegeerd omdat het voorafging aan de baanbrekende ontdekkingen over herhalingen van de onderliggende inzichten van wetenschappers over slaap en geheugen.

In 2007 bracht Björn Rasch, een biopsycholoog en een collega van Diekelmann van de universiteit van Fribourg in Zwitserland, TMR tot leven met een versie van de geheugenspel Concentration. Terwijl mensen leerde om foto's van kaarten te associëren met bepaalde locaties op een computerscherm, pompten de wetenschappers in de geur van rozen. Deze geur, op de achtergrond zwevend, werd in de hoofden van mensen verbonden met wat ze aan het leren waren. Degenen die opnieuw werden blootgesteld aan het aroma tijdens de slaap hadden een voorsprong bij het oproepen van de plaatsing van de kaarten.

Geïntrigeerd bleef het team de techniek onderzoeken, waarvan ze vonden dat ze herinneringen stabieler konden maken, en sneller deden dan anders het geval zou zijn. Verschillende andere geuren, ontdekten ze, werkten even goed bij cue-herinneringen. Maar ze waren er nog niet zeker van hoeveel informatie kon worden vastgepind aan een enkele geur, of dat een geur zijn geheugen zou verliezen, waardoor het vermogen in de loop van de tijd zou afnemen.

Toen bepaalde geluiden opnieuw werden weergegeven tijdens slow wave-slaap, onthielden onderwerpen locaties voor de bijbehorende beelden nauwkeuriger.

Het duurde niet lang voordat wetenschappers ontdekten dat ook geluid een effectieve trigger is. In één experiment werden proefpersonen gevraagd de roostercoördinaten van een afbeelding, zoals een kat of ketel, te memoriseren die gepaard was met een relevant geluid, zoals een miauw of een fluitje. Toen bepaalde geluiden opnieuw werden weergegeven tijdens slow wave-slaap, onthielden onderwerpen locaties voor de bijbehorende beelden nauwkeuriger.

DE MOGELIJKHEDEN VAN TMR

Hoewel TMR nog in de kinderschoenen staat, hebben onderzoekers al veel vooruitgang gezien in wat het kan doen. En het potentieel lijkt nu grenzeloos.

TMR lijkt zowel motorische vaardigheden als expliciete herinneringen te stimuleren. Antony en zijn collega's hebben een experiment opgezet met een spel dat lijkt op 'Guitar Hero'. Deelnemers leerden twee verschillende melodieën, waarvan er een tijdens de slaap werd gecued. Vervolgens konden ze de slaapmelodie nauwkeuriger spelen dan de andere.

En we kunnen misschien ook TMR gebruiken om herinneringen te veranderen. Onlangs rapporteerden Diekelmann en haar cohort dat TMR mensen hielp verborgen patronen te achterhalen, waardoor hun intuïtie werd omgezet in begrip (vrouwen ontvingen geen significant een boost, maar de meeste TMR-onderzoeken laten geen verschil zien tussen geslachten).

Toen Penny Lewis van Cardiff University 'melodieën creeërde die mensen eerder hadden afgeluisterd, werden mensen sneller en beter in het schrijven van het deuntje.

En toen Batterink en zijn bedrijf mensen vroegen om woorden die volgens een opgemaakt grammaticaal systeem verzameld waren, te decoderen, leek TMR hen te helpen de regels van het systeem te begrijpen. "Dit zijn vrij kleine effecten," zegt Batterink. "Het is niet dat ze twee keer zo goed zijn."

Maar toch, het is inspirerend. Wetenschappers onderzoeken zelfs of TMR invloed kan hebben op hoe emotionele herinneringen worden geconsolideerd. Lewis, bijvoorbeeld, onderzoekt of het activeren van schokkende herinneringen tijdens de slaap ze minder schrijnend kan maken.

"We hebben een aantal zeer mooie gegevens die suggereren dat dit kan," zegt ze.

Lewis en haar collega's presenteren mensen die verontrustende beelden (zoals auto-ongelukken) in combinatie met een geluidsweergave geven. Na het slapen lijken mensen deze beelden minder verontrustend te vinden als ze opnieuw werden geactiveerd met behulp van TMR. Een verklaring voor dit fenomeen kan liggen in een neurotransmitter genaamd noradrenaline, die sterk wordt verminderd tijdens de REM-slaap. Het helpt de fysiologische angstreacties van onze lichamen onder controle te houden, zoals een verhoogde hartslag, zweten of pupilverwijding.

Lewis is aan het onderzoeken of het al dan niet teweegbrengen van schokkende herinneringen tijdens de slaap hen minder verontrustend kan maken. "We hebben een aantal zeer mooie gegevens die suggereren dat dit kan," zegt ze.

"Het idee is dat als je deze herinneringen op dat moment opnieuw speelt, je de emotionele reactie eigenlijk niet kunt hebben," zegt Lewis. "Dus het opnieuw spelen zonder de fysiologische reactie zou mensen kunnen helpen om het geheugen los te koppelen van de emotie."

Het is niet moeilijk om TMR voor te stellen als een behandeling voor traumastoornissen inclusief PTSS. Het is een verleidelijk vooruitzicht, maar voor nu, zelfs in vroege processen met mensen met verontrustende herinneringen, is het te vroeg om conclusies te trekken, zegt hij.

"We hebben een goede database nodig voordat we deze naar patiënten kunnen overbrengen, omdat het niet helemaal duidelijk is wat dat gaat doen", zegt Rasch. "Helpt dat mensen daadwerkelijk, om dit traumatische geheugen opnieuw te activeren tijdens de slaap, of maakt het de dingen erger?"

Rasch en zijn collega's onderzoeken ook hoe TMR het leren van een vreemde taal vocabulaire kan vergemakkelijken.

En hoewel TMR het meest behulpzaam lijkt te zijn bij het verbeteren van herinneringen die nog steeds worden geconsolideerd, kan het nuttig zijn om Alzheimerpatiënten te helpen zich de weg naar huis te herinneren of familieleden te herkennen. Fysiotherapeuten zouden ook kunnen profiteren van TMR om mensen te helpen bij het herstellen van motorische vaardigheden na een beroerte of letsel.

Het ligt ook ruim binnen het bereik van de mogelijkheid dat TMR zelfs invloed kan hebben op hoe mensen denken. Stel dat je op een feestje bent en je collega aan de andere kant van de kamer ziet. Jij zwaait; ze reageren niet. Je moet zelf beoordelen of ze je in de maling nemen of je gewoon niet hebben gezien. We komen steeds dezelfde dubbelzinnige situaties tegen. Sommige mensen, zoals mensen met angst of depressie, hebben een grotere kans om een ​​negatieve draai aan hen te geven.

DE PROBLEMEN MET TMR

Ondanks het arsenaal aan toepassingen voor TMR, is de invloed ervan op het geheugen subtiel, en het is onduidelijk hoe lang de effecten duren. En andere knikken moeten worden uitgewerkt.

Hoe verschijnen individuele herhalingen bijvoorbeeld in het menselijk brein?

"We weten niet eens hoe het signaal eruit ziet," zegt Antony. Hij en zijn collega's gebruiken TMR om geheugenherhaling bij mensen te illustreren door de heractivatie van hun onderwerpen van eerder bekeken beelden te meten met elektro-encefalografie (EEG).

"Geur is een zeer krachtige trigger omdat het direct is verbonden met dit hersengebied dat gerelateerd is aan geheugen, terwijl geluiden eerst moeten stoppen bij het relaisstation."

Geluid en geur zijn beide met succes gebruikt als aanwijzingen in TMR-experimenten en elk domein heeft zijn eigen voordelen. Geur, om te beginnen, is geen onbekende in de slaapwetenschap. Er zijn aanwijzingen dat kruiden zoals lavendel ons kunnen helpen ontspannen en afdrijven, en die geur kan de emotionele inhoud van iemands dromen beïnvloeden.

Het olfactorische systeem in de hersenen is inderdaad nauw verbonden met de hippocampus en met emotiegerelateerde gebieden zoals de amygdala. Geuren maken ons ook meestal niet wakker; ze worden tijdens de slaap verwerkt zonder het te storen.

Hetzelfde geldt niet voor geluiden, die door de thalamus worden gerouteerd."Smell is een zeer krachtige trigger omdat het direct verbonden is met dit hersengebied dat gerelateerd is aan het geheugen, terwijl geluiden … eerst moeten stoppen bij het relaisstation", zegt Pereira.

Juist het kalibreren van geluiden voor TMR is ook lastig. Geluiden kunnen dwarsliggers gemakkelijk storen. En toch: "als je ze te stil speelt, weet je niet zeker of ze worden geregistreerd", zegt Batterink. "Het kan dus een beetje een delicate balans zijn tussen het precies individueel krijgen van het volume."

Aan de andere kant is geluid meer succesvol in het motiveren van motorprestaties dan geur; hersengebieden die betrokken zijn bij auditieve verwerking zijn sterk verbonden met motorische gebieden, zegt Diekelmann.

In vergelijking met geuren zijn geluiden ook gemakkelijker thuis te regelen, wat betekent dat wetenschappers een bijna onbeperkte bibliotheek ervan kunnen oproepen. "Als we 60 verschillende geuren wilden die echt van elkaar verschillen, zou dat veel moeilijker te regelen zijn", zegt Lewis.

Een geur is een botte tool die op alle herinneringen (geleerd tijdens experimentele studiesessies) in gelijke mate inwerkt. Geluiden maken een meer specifieke, fijnmazige benadering mogelijk die individuele herinneringen kan lokaliseren.

Wat meer is, geluiden kunnen sneller worden gespeeld en verwerkt dan geuren kunnen. Een geur is een botte tool die op alle herinneringen (geleerd tijdens experimentele studiesessies) in gelijke mate inwerkt. Geluiden maken een meer specifieke, fijnmazige benadering mogelijk die individuele herinneringen kan lokaliseren.

Terzijde, als TMR uit het laboratorium kan breken, blijven andere praktische overwegingen in het algemeen over. Voor thuisgebruik zouden wetenschappers een gadget moeten ontwikkelen om de slaapfase van een persoon te identificeren en vervolgens op het juiste moment een keu te bezorgen. Mensen worden gewend aan het geluid, per co-auteur Rebecca Spencer van de Universiteit van Amherst.

Smith, die van mening is dat TMR wordt gebruikt voor studeren of sporten, zegt: "Het idee wacht op een soort heel eenvoudig apparaat of app die deze dingen kan doen, hoewel ik denk dat het heel goed mogelijk is."

Rasch en zijn collega's werken aan de ontwikkeling van zo'n apparaat, dat de slaap van een persoon registreert en vervolgens automatisch woorden op het juiste moment en het juiste volume presenteert. Hij verwacht over een jaar of twee een bewijs van principe te hebben, op welk moment hij medewerkers vindt die helpen bij het ontwerpen van de gadget.

"Dat zou waarschijnlijk met elektroden of een soort van hersenregistratie-apparaat te maken hebben … veel eenvoudiger dan in het slaaplaboratorium," zegt hij.

DE DONKERE KANT VAN MESSEN MET GEHEUGEN

Knoeien met geheugen is gevaarlijk en elke technologie, hoe goedbedoeld ook, kan voor schandelijke manieren worden gebruikt. Wanneer de tijd komt dat TMR uit het laboratorium komt, moeten de mogelijk sinistere gebruiken worden herkend.

Een van de grootste problemen komt voort uit het feit dat TMR invloed kan hebben op hoe mensen denken. En Rasch's onderzoek naar hoe het interpretatiefouten kan verschuiven (hoe we waarnemen dat iemand naar ons handelt) is slechts het begin.

"Je kunt TMR ten goede gebruiken om mensen te helpen hun voorkeur te verkleinen, maar je kunt ook net zo gemakkelijk … mensen proberen te overtuigen dat deze ideeën beter zijn, of dat deze mensen beter zijn"

Antony is voorzichtig met extrapoleren van dit werk. "Het is veelbelovend, maar er is geen directe link aangetoond dat dit racisme gaat genezen," zegt hij.

"Je kunt TMR ten goede gebruiken om mensen te helpen hun vooroordelen te verminderen, maar je kunt ook net zo gemakkelijk … proberen mensen ervan te overtuigen dat deze ideeën beter zijn, of deze mensen zijn beter", zegt Pereira, die mede-auteur is van een bespreking van de belofte en valkuilen van TMR-onderzoek.

TMR-hersenspoeling is onwaarschijnlijk, aldus onderzoekers. Maar er zijn nog andere zorgen: stel je voor dat je in een hotelkamer bent en, terwijl je slaapt, pijpen er iemand in de geur van een bijzonder boterachtige croissant. Als je de volgende ochtend naar de ontbijtbar gaat, zie je het schilferige gebakje te koop. Sub een product of zelfs een idee in plaats van croissants en je krijgt het idee.

"Ik denk dat het grootste probleem is … als je niet geïnformeerd bent over wat er speelt als je slaapt", zegt Rasch.

Als de meest voorkomende incarnatie van TMR hulpmiddelen zijn om het leren te stimuleren, is het risico van kwaadaardige toepassingen per Antony waarschijnlijk laag. De belangrijkste zorg, zegt hij, is ervoor zorgen dat mensen de relatieve kosten en baten kennen.

"We begrijpen nog steeds niet precies hoe dit werkt," zegt Pereira. "Je weet niet wat er gaat gebeuren en dus zou je het niet alleen thuis moeten proberen."

Een paar negatieve gevolgen van TMR-experimenten zijn verschenen. In het melodie-experiment van Lewis deden bijvoorbeeld mensen die TMR ontvingen slechter dan anderen bij het uitvoeren of decoderen van de tweede, niet-cueersequentie. Dit geeft aan dat herhalingen van geheugen mogelijk een beperkte hulpbron in de hersenen zijn.

"Als je bewijst dat dit een veilige en effectieve techniek is om cognitie te verbeteren, hoe bepaal je dan wie er toegang toe krijgt en waarom?"

Veel experimenten suggereren een afweging, waarbij heractiveren en dus het stimuleren van één geheugen ten koste gaat van het cementeren van een ander geheugen. Als TMR resulteert in een winststijging van nul, kunnen gebruikers er misschien niet in slagen geheugens te versterken waarop ze niet scherpstellen. Studenten zouden bijvoorbeeld het Spaanse vocabulaire kunnen opvullen ten koste van vergelijkingen die ze in Trig hadden geleerd.

Een andere zorg is dat TMR-gebruikers per ongeluk valse herinneringen kunnen creëren. Dit gebeurt al wanneer we herinneringen overbrengen naar langetermijnopslag; reactivaties behouden of generaliseren de kern van een ervaring, maar losse details kunnen afbrokkelen. Het is mogelijk dat TMR dit proces stimuleert.

En net als bij andere potentiële hulpmiddelen om de cognitieve functie te stimuleren, hebben wetenschappers reden om voorzichtig te zijn. "We doen iets met de hersenen in een toestand waarin bewuste controle beperkt is", zegt Rasch. "We moeten overwegen dat.

Omdat we nog steeds niet zeker weten of TMR gezondheidsproblemen op de lange termijn heeft, zegt Rasch dat hij het nog niet op grotere schaal zou aanbevelen, of bij mensen met aandoeningen zoals PTSS. Maar voor eenvoudig, individueel gebruik, zoals het leren van woordenschat, zegt hij dat er waarschijnlijk niet veel gevaar is.

Aan het begin kan TMR waarschijnlijk duur zijn en nog meer voordeel bieden aan mensen met geld om te verbranden.

"Als je bewijst dat dit een veilige en effectieve techniek is om de cognitie te verbeteren," zegt Pereira. "Hoe bepaal je dan wie er toegang toe krijgt en waarom?"

DE TOEKOMST VAN HET GEHEUGEN

Voordat de kwestie van toegang en intentie zelfs maar wordt besproken, moeten jaren van onderzoek nog worden voltooid voordat wetenschappers beginnen met speleologie in het onderbewuste om herinneringen op te halen, te verbeteren of te veranderen. En per onderzoeker is de toekomstige TMR-presentatie uiteindelijk hoopgevend, ook al is deze met meer dan een beetje schroom vervaagd.

Stel je dit scenario eens voor: Twintig jaar later vindt er een vreselijke gebeurtenis plaats waarvoor je aanwezig bent. Misschien gebeurde het op weg naar huis op een avond of tijdens het reizen. Hoe dan ook, het schudde je diep en je merkt dat je wordt achtervolgd door angstaanjagende herinneringen. U kunt deelnemen aan standaard spreektherapie, maar u kunt er ook voor kiezen om een ​​afspraak te maken met een meer gespecialiseerde arts.

Tijdens uw sessie speelt de arts een snelle toon of verspreidt een vleugje geur. Dat geluid of deze geur komt weer naar voren als je geniet van een gewone nachtrust in zijn kantoor, het geheugen triggert en opnieuw bedraad terwijl je droomt. Je wordt wakker, vrij van de slechte herinnering alsof het niets meer is dan een mol die moet worden gelaserd. 'S Ochtends tekent u een paar papieren en schudt de dokter de hand.

Wat de hersenen kunnen beschadigen en vorm hebben gegeven, is verwijderd. Het is niet eens een herinnering aan een herinnering - het is gewoon verdwenen. Je bent vrij om vooruit te gaan, ongehinderd, in de toekomst.