gerelateerde inhoud
- Zebravinken Droom een kleine droom van melodie
Mijn moeder is een van de vijf kinderen, dus ze heeft veel verhalen over de tegenslagen van haar en haar broers en zussen. Een van mijn favorieten draait om mijn 'rare' oom Dorsey en zijn vroege wetenschappelijke inspanningen. Toen mijn moeder ongeveer acht jaar oud was, schoof haar oudere broer elke avond een cassettespeler onder haar bed om rustig het gedicht 'The Raven' (1845) van Edgar Allan Poe te lezen. Nacht na nacht speelde hij de tape en probeerde te testen of ze het gedicht spontaan zou reciteren van al haar belichting. Zoals ze het vertelt, werd ze wakker elke keer dat de opname begon te spelen. Natuurlijk kan ze de eerste paar regels nog steeds reciteren, maar alleen omdat ze nacht na nacht werd gewekt door het gedicht.
Mijn oom is er nooit in geslaagd om mijn moeder te laten 'slapen leren', maar het blijkt dat sommige van zijn ideeën misschien niet zo misleidend waren. Terwijl slaapleren, ook wel hypnopaedia genoemd, is ontkracht, ontdekken neurowetenschappers in mijn lab en anderen nu manieren om stimuli zoals geluidssignalen tijdens de slaap te gebruiken om herinneringen te versterken.
Vroege onderzoekers maakten dezelfde fout als oom Dorsey en dachten dat we nieuw materiaal konden leren tijdens de slaap door osmose, à la Aldous Huxley's Brave New World (1932). Net als in de dystopische roman waren experimenten die dit slaap-leren probeerden vaak gebaseerd op de valse premisse dat slaap als een hypnotische toestand is. In de jaren 1920 geloofden sommige onderzoekers dat ze deelnemers totaal nieuwe informatie konden leren door audio-opnamen af te spelen terwijl ze sliepen, en uitvinders begonnen apparaten te verkopen op basis van het idee. Het was niet veel anders dan de aflevering 'Big Cheese' (1996) van Dexter's Laboratory, waarin het genie van de cartoonjongen een enorm gadget gebruikt om zichzelf Frans te leren terwijl hij slaapt: het werkte niet.
Pas in de jaren 1950 ontdekten onderzoekers dat de aangeprezen effecten van hypnopaedia eigenlijk helemaal niet te wijten waren aan slaap. In plaats daarvan maakten deze constructies mensen daadwerkelijk wakker. De debunkers konden vertellen met behulp van een relatief gevestigde techniek genaamd electroencephalography (EEG), die de elektrische signalen van de hersenen registreert via elektroden die op de hoofdhuid zijn geplaatst. Met behulp van EEG op hun deelnemers konden onderzoekers zien dat de slaapleerders eigenlijk wakker waren (iets wat we vandaag de dag nog steeds doen in onderzoek), en dit alles behalve onderzoek naar slaap als een cognitief hulpmiddel. Vijftig jaar later weten we nu dat het mogelijk is om het geheugen tijdens de slaap te veranderen, gewoon op een andere manier dan eerder werd verwacht.
In 2007 meldden de neurowetenschapper Björn Rasch van de universiteit van Lübeck en collega's dat geuren, die verband hielden met eerder geleerd materiaal, konden worden gebruikt om het slapende brein te cue. De auteurs van de studie hadden de deelnemers de locaties van objecten op een rooster geleerd, net als in het spel Concentratie, en ze blootgesteld aan de geur van rozen terwijl ze dat deden. Vervolgens sliepen de deelnemers in het laboratorium en wachtten de onderzoekers tot het diepste slaapstadium (langzame slaap) om hen opnieuw aan de geur bloot te stellen. Toen ze wakker waren, konden de deelnemers zich aanzienlijk beter herinneren waar de objecten zich bevonden. Dit werkte alleen als ze tijdens het leren aan de rozengeur waren blootgesteld en deze tijdens een langzame slaap hadden geroken. Als ze alleen tijdens het wakker worden of tijdens de REM-slaap aan de geur werden blootgesteld, werkte de keu niet.
Het leek bijna te mooi om waar te zijn. Kunnen we herinneringen tijdens het leren echt 'taggen' en vervolgens onze hersenen overhalen om het tijdens de slaap te oefenen? Meerdere onderzoeken sinds het eerste artikel bevestigden de bevinding en er waren zelfs nieuwe variaties, zoals het gebruik van geluidssignalen in plaats van geuren.
Bij het cognitieve neurowetenschap Paller Lab aan de Northwestern University waar ik werk, zijn meerdere artikelen gepubliceerd die aantonen dat neurowetenschappers een enkel geluid kunnen koppelen aan een enkel object en het individueel opnieuw kunnen activeren. Je kunt bijvoorbeeld Concentratie spelen en leren dat de kat zich in de linkerbenedenhoek bevindt en de waterkoker in de rechterbovenhoek. Als je de kat leert, hoor je een miauw en als je de ketel leert, hoor je een fluitje. Als we tijdens langzame golfslaap slechts een van die geluiden zoals de miauw zouden spelen, zou je de locatie van de kat zelfs nog beter onthouden dan de ketel. Houd er rekening mee dat beide items aanvankelijk even goed werden geleerd, waaruit blijkt dat de slaapkeuze bij voorkeur de kat hielp. Dit vermogen om specifieke te reactiveren geheugens te selecteren, wordt gerichte geheugenreactivering (TMR) genoemd.
We noemen het TMR omdat we geloven dat het spelen van een dergelijke sound cue de herinnering aan het leren van de locatie van het object uit de vorige taak opnieuw activeert. Mijn laboratorium is van mening dat deze herhaling van het geheugen de hersenen in staat stelt de geheugenrepresentatie te versterken, wat leidt tot een betere herinnering. De hersenwetenschappers Daniel Bendor en Matthew Wilson van het Massachusetts Institute of Technology werkten met ratten en vonden precies deze verwachte herhaling toen ze geluidssignalen gaven die verband hielden met eerder leren.
Neurowetenschappers beginnen nu TMR aan het werk te zetten. Een recent onderzoek van mijn groep werkte veel op het videogame Guitar Hero, waar de speler centraal staat als muzikant. James Antony, nu postdoc aan Princeton University, maar destijds afgestudeerd, liet deelnemers twee muzikale sequenties leren op een toetsenbord. De nummers waren samengesteld uit vier noten, die als vallende cirkels verschenen, net als het spel zelf. Nadat ze beide nummers even goed hadden geleerd, deden de deelnemers een dutje en Antony citeerde ze met een van de nummers. Toen ze na de slaap opnieuw werden getest, waren de deelnemers beter in het slaapcued-lied dan het niet-gecued lied. Bedenk hoe snel je een nieuw muziekinstrument of lied kunt leren, gewoon door je slapende brein te herinneren aan eerder leren!
Hoewel enig translationeel onderzoek naar boven is gekomen, weten we nog steeds niet de grenzen van TMR of slaapopsporing in het algemeen. In een paper uit 2017 ontdekten de postdoctorale onderzoeker Laura Batterink van mijn lab en collega's dat TMR-cueing in combinatie met REM-slaap leidde tot een betere herinnering aan woorden die werden geciteerd tijdens een middagdutje. Dit onderzoek lijkt erop te wijzen dat REM-slaap een gunstige toestand is wanneer gecachte herinneringen worden geïntegreerd in bestaande geheugennetwerken.
Uitstekende vragen die we nog moeten behandelen, zijn onder andere: werkt dit voor het leren van een vreemde taal (dwz grammaticaal leren), of alleen voor het leren van een vreemde woordenschat? Kan het worden gebruikt om geheugenprestaties te helpen behouden bij een verouderende bevolking? Betekent het opnieuw activeren van sommige herinneringen dat andere nog sneller worden weggevaagd?
Ik ben persoonlijk geïnteresseerd in hoe deze gereactiveerde herinneringen kunnen veranderen als gevolg van deze signalen. Mijn huidige projecten zijn gericht op het onderzoeken of cueing ervoor zorgt dat het hele geheugen gedetailleerd blijft of dat deze signalen de 'kern' van het geheugen kunnen consolideren en externe details kunnen verliezen. Als alternatief kan TMR helpen om alle aspecten van geheugenconsolidatie te stimuleren en alleen cognitieve kosten te tonen voor niet-geciteerde items.
We hebben een aantal ingevingen en nieuwe projecten om deze vragen aan te pakken komen steeds vaker voor. Maar we staan nog steeds op het punt om het slapende brein te begrijpen. Voor een activiteit die we ongeveer een derde van ons leven doen, zijn er meer vragen dan antwoorden. Misschien waren rare oom Dorsey en zijn Poe-banden eigenlijk vooruitlopend op de toekomst van slaaponderzoek. 
