вживую и по памяти. Звук при этом становится «грязнее» — реверберации «грохочут» в борьбе за нейронную активность, возникающую во время сна. Конечный результат оказывается больше похож на джем-сейшен, чем на точную копию, больше на винил, чем на MP3.

Эта грязная реверберация, вероятно, связана с тем, что огромные участки мозга млекопитающих предназначены для одновременного представления ряда восприятий и действий. В результате отдельные нейроны участвуют в разных синхронизированных группах, комбинируя множество фрагментов информации. Поэтому ученым трудно обнаружить какое-то одно конкретное воспоминание.

Единственная музыкальная нота, проигрываемая бесчисленное количество раз в множестве партитур, в зависимости от контекста оказывает на слушателя разное воздействие. Представьте теперь, что эти партитуры можно исполнять параллельно, одновременно — и описываемое явление станет понятнее.

Примечательный контрпример, подтверждающий это правило: в научных исследованиях нередко участвует птичка австралийский зебровый вьюрок[112]. Во время сна группа нейронов, задействованных в моторном воспроизведении птичьего пения, точно повторяет нейронную активность, наблюдаемую во время пения, представляя собой почти идеальную копию.

Это редкость; но она возможна из-за высокоспециализированной обработки, осуществляемой нейронами. Их активность необходима для управления голосовыми мышцами, отвечающими за пение. Эти нейроны полностью отдают себя последовательной кодификации единственного воспоминания, повторяющегося на протяжении всей жизни в фиксированной, неизменной форме: собственной песне птицы. Во время сна у зебрового вьюрка действительно существует высокоточное воспроизведение его пения.

Укрепление и ослабление синапсов

Нейробиологи придают реактивации нейронов большое значение. Это связано с консолидацией воспоминаний и долговременной потенциацией как феноменом, имеющим огромное значение для нейробиологии обучения. Хебб уже в 1949 году понял: одновременная активация нескольких нейронов должна постоянно изменять их связи, расположенные далее по цепочке. Однако это открытие оставалось чисто теоретическим почти 20 лет.

Только в 1966 году появились первые эмпирические доказательства, что электрический раздражитель способен надолго укрепить группу синаптических связей. Изучая стимулы и электрические реакции в гиппокампе находящихся под наркозом кроликов, норвежец Терье Лёмо, на тот момент писавший докторскую диссертацию, впервые сумел вызвать у них воспоминание с помощью электрического импульса, заставив нейроны «запоминать» полученное раздражение.

Проводя исследования в лаборатории норвежского нейрофизиолога Пера Андерсена в Университете Осло, Лёмо сначала в одиночку, а затем и вместе с британским коллегой Тимоти Блиссом опубликовал первое свидетельство долговременной потенциации. Открытие представляет собой клеточную аналогию операции сложения, необходимой для функционирования биокомпьютера внутри нашей черепной коробки.

Японский нейрофизиолог Масао Ито в 1982 году опубликовал первые данные об обратном явлении — снижении синаптической передачи, вызванном стимулами с низкой частотой. Его назвали долговременным торможением (нейронный эквивалент операции вычитания). С тех пор изучение потенциации и торможения синаптической передачи стало одной из самых динамичных областей в нейробиологии.

Неизбежно звучала критика: стимулы применялись со слишком высокой или чересчур низкой частотой, и это создавало несколько искусственную ситуацию. Выдвигался аргумент: воспоминания, приобретаемые естественным образом, вероятно, зависят и от других механизмов. Однако со временем стало ясно, что потенциация и торможение синапсов происходят и при стимуляции на частотах, близких к наблюдаемым в мозгу. Прогресс в исследованиях в конечном счете показал: запускаемые в ходе этих экспериментов механизмы точно такие же, как и используемые для «естественного» обучения.

Если научный Олимп населен только богами, то Лёмо и Блисс еще получат Нобелевскую премию (Масао Ито скончался в 2018 году) за открытие принципа формирования синаптического ландшафта. А пока этот день не наступил, у студентов, которых всерьез увлекли биологические механизмы обучения, остается возможность выпить хорошего пива с веселым Тимом Блиссом, восторженно и увлекательно рассказывающим на международных конгрессах и курсах о своем важном открытии.

Шифрование воспоминаний

В конце 1980-х Павлидес и Уинсон сделали еще одно удивительное открытие: стимулы одинаковой частоты, применяемые в разные моменты цикла тета-ритма, могут вызывать противоположные эффекты. На пиках этой мозговой волны, когда нейроны деполяризуются и поэтому легко возбуждаются, стимуляция вызывает потенциацию связей. На спадах волны, когда нейроны гиперполяризованы и поэтому возбуждаются трудно, та же стимуляция обусловливает торможение связей.

С тех пор и другие исследовательские группы воспроизводили эти результаты, и они стали рассматриваться как центральный элемент процесса запоминания. Эта зависимость от фазы тета-волн позволяет стимулам одинаковой частоты вызывать диаметрально противоположные эффекты, усиливая или ослабляя связи между нейронами.

Сегодня мы знаем, что запоминание любой информации требует как усиления, так и ослабления синапсов, выборочного увеличения и уменьшения силы связи между небольшими подмножествами общей синаптической сети человеческого мозга. Мы также знаем, что выбор этих синапсов зависит от внимания, уделяемого раздражителям и совпадающего с тета-колебаниями в гиппокампе.

Начиная с этого открытия, в нейронной мелодии начинает появляться гармония. Сегодня считается, что тета-ритм — своеобразная партитура нейронного ансамбля, которая определяет звучание наиболее громких «нот», то есть высокочастотных вспышек нейрональной активности. Тета-ритм приглушает те из них, которые приходятся на начало такта, но усиливает те, что приходятся на его пик, так что его временное поддержание создает фазовое пространство для распределения нот. Этот механизм запоминания нового сдвигает старые воспоминания в другие фазовые пространства — в иные части «музыкального такта».

Важность этих открытий для понимания взаимосвязи между сном и обработкой воспоминаний начала проясняться, когда нейробиолог Джина По, одна из немногих, признавшая основополагающее влияние Фрейда на эту сферу, впервые продемонстрировала: фаза тета-ритма, где происходит возбуждение нейронов, может кодировать узнавание воспоминаний.

История По необычна, как и других героев нашего повествования. Джина родилась в Лос-Анджелесе в очень бедной семье, росла без отца. Через два года ее мать взяла детей, дочку и сына, и переехала в Сан-Диего. Работа, которую матери удавалось получить, была низкооплачиваемой, и семья существовала на государственное пособие. У них никогда не было машины, какое-то время был телевизор, и они жили в неблагополучных районах. Чтобы накормить детей, матери порой приходилось недоедать или даже голодать, и она твердо верила, что ее дети смогут вырваться из бедности только благодаря образованию.

Так оно и оказалось. В пятом классе смышленая любознательная Джина заинтересовалась занятиями под руководством учителя естественных наук. На них то препарировали бычий глаз, то измеряли цветовые предпочтения у беспозвоночных. В 11 лет девочка поняла, что хочет стать ученым. Менее чем через 10 лет, в 1983 году, ей удалось поступить в престижный Стэнфордский университет.

На курсе нейрофизиологии она услышала подробный рассказ нейробиолога Крейга Хеллера о том, как он открыл отсутствие терморегуляции у млекопитающих во время быстрого сна. Ученый утверждал, что из-за этого животные более уязвимы, что это риск для организма, но это совершенно необходимо, что и доказывает широкая распространенность быстрого сна среди биологических видов. И самое главное: никто не знает, почему так!

Джина обрадовалась и подумала о том, как было бы здорово открыть какой-нибудь фундаментальный феномен в эпоху, когда столько всего уже известно или кажется известным. Правда, для