ללמוד בעיניים עצומות

בקיצור

• השינה היא תעלומה עתיקת יומין שעד כה נטינו לפקפק ביכולת שלנו לנצל אותה ללמידה. הגיוני לחשוב שאם המוח הישן כבוי, סימן שהוא לא יכול ללמוד.
• עם זאת, המוח נותר פעיל מאוד גם במהלך השינה, בדרכים שמסייעות לאחסון זיכרונות. למעשה, ממצאים חדשים מעלים שזיכרונות מסוימים מופעלים מחדש.
• ניסויי מעבדה שמנצלים את ההפעלה המחודשת הזאת של זיכרונות, מאפשרים לנו לחקור כיצד ההפוגות הליליות שעובר המוח משפרות את הלמידה.
• מחקרים שימשיכו לפתח את הכיוונים הללו יוכלו לחקור דרכים מבוססות-שינה לפתרון בעיות, טיפול בסיוטים, ואפילו שליטה בחלומות.

בספרו של אלדוס הקסלי (Huxley) "עולם חדש מופלא", ילד לומד לשנן הרצאה שלמה באנגלית, שפה שהוא אינו מכיר. הלמידה מתרחשת בזמן שהילד שומע בשנתו  את ההרצאה משודרת ברדיו לידו. כשהוא מתעורר הוא מסוגל לדקלם את ההרצאה במלואה. בהתבסס על התגלית הזאת, רשויות המשטר הטוטליטרי בעולמו הדיסטופי של הקסלי מנצלות את השיטה כדי לעצב את מוחם הלא-מודע של אזרחיהן.

תופעת הלמידה בשינה מופיעה שוב ושוב בספרות, בתרבות הפופולרית ואף במסורת הקדומה. דקסטר, גיבור סדרת האנימציה "המעבדה של דקסטר", מבזבז באחד הפרקים את הזמן שהיה אמור לשקוד על שיעורי הבית שלו, כך שכתחליף הוא בונה מכונה שמאפשרת ללמוד צרפתית בלילה אחד. למחרת בבוקר הוא מתעורר כשהוא יודע לדבר רק צרפתית.

רעיון הלמידה מתוך שינה אינו המצאה מודרנית, והוא הופיע כבר לפני מאות שנים בתרגילי פיתוח התודעה אצל הבודהיסטים בטיבט. מסר שנלחש במהלך השינה נועד לעזור לנזירים לזהות שהאירועים בחלומותיהם אינם אלא אשליה.

כולנו יודעים שאנחנו לומדים טוב יותר אחרי שנת לילה טובה, ועם זאת, רובנו מתייחסים בביטול לרעיון של למידה מתוך שינה. מחקרים מעידים שהתמונה מורכבת יותר: זיכרונות חדשים "צפים מחדש" במהלך השינה, והשחזור שנעשה להם יכול לחזק אותם ולאפשר לפחות לחלקם להיחקק בזיכרוננו למשך שארית חיינו.

איור: שאטרסטוק

מחקרים אחדים אף בדקו איך אפשר לתמרן את שנת הלילה שלנו כדי לשפר את יכולתנו ללמוד במהלכה. הם חשפו שמתן גירויים כמו קולות וריחות יכול לסייע בכך. מחקרים שנעשו על מכרסמים הראו אפילו שגירוי חשמלי שקיבלו במהלך השינה "לימד" את החיות לאן עליהן ללכת כשהן מתעוררות. גרסת הלמידה הדמיונית מספרו של הקסלי, שבה אנשים מטמיעים בזיכרונם טקסטים שלמים בשנתם, מילה במילה, מוגבלת עדיין לעמודי ספרו הקלאסי משנת 1932. אבל ניסויים חדשים מדגימים שאכן אפשר להתערב בזיכרונות כשאנשים שרויים בשלבי שינה עמוקים, ומספקים את הבסיס למדע חדש של הלמידה מתוך שינה.

הפסיכופון

כדי שטכניקות כאלה יפעלו, מדענים צריכים לחקור איך אפשר לקודד מידע בשעה התודעה שרויה לכאורה במנוחה. בתקופה שבה כתב הקסלי את "עולם חדש מופלא" החלו מדענים לחקור לעומק את ההשלכות של הפרעה לשינה. ב-1927 המציא אלואו ב' סלינג'ר (Salinger) מניו יורק "מכונת הצעות אוטומטית נשלטת-זמן", הפסיכופון, שנועד להשמיע לאנשים הודעות מוקלטות בשנתם. נראה שזאת ההמצאה שהעניקה השראה לטכנולוגיה הדמיונית בספרו של הקסלי, אך בעוד שבספרו המדינה היא זאת שבחרה את תוכן המידע המושמע לאזרחים, במקרה של הפסיכופון מי שבחרו את המסרים היו המשתמשים עצמם.

להמצאתו של סלינג'ר הצטרפו בשנות ה-30 וה-40 מחקרים שתיעדו מקרים לא מבוססים של למידה מתוך שינה. מאמר מ-1942 של לורנס לה-שאן (LeShan), מקולג' ויליאם ומרי, פירט ניסוי שנערך במחנה קיץ שרבים מהילדים בו נהגו לכסוס את ציפורניהם. בחדר שבו ישנו 20 בנים, לה-שאן השתמש בפונוגרף נייד כדי להשמיע לילדים הישנים את המשפט "הציפורניים שלי מרות במיוחד" כ-300 פעמים בכל לילה, החל מ-150 דקות לאחד שנרדמו.

הניסוי נמשך 54 לילות רצופים. בשבועיים האחרונים של המחנה הפונוגרף התקלקל, ולה-שאן הבלתי נלאה ביטא את המשפט בעצמו. שמונה מ-20 הילדים הפסיקו לכסוס את ציפורניהם, בעוד שבקבוצה אחרת של 20 ילדים שלא נחשפו למסרים בשנתם, אף אחד לא הפסיק לכסוס את ציפורניו. לעבודות המוקדמות האלה לא התלווה פיקוח פיזיולוגי שיוודא שהילדים אכן ישנו, כך שהתוצאות נותרו שנויות במחלוקת.

ב-1956 ספג התחום מהלומה כואבת, כששני מדענים ממכון ראנד השתמשו במכשיר אלקטרואנצפלוגרם (EEG) כדי לתעד את הפעילות המוחית של נבדקים ישנים בזמן שהקריאו להם 96 שאלות ותשובות ( שאלה לדוגמה: "באיזה סוג של חנות עבד יוליסס ס' גראנט לפני מלחמת האזרחים?" תשובה: "בחנות לחומרי בניין"). כששאלו אותם למחרת את השאלות, הנבדקים הצליחו לענות נכון רק למידע ששמעו כשהיו בפרקי יקיצה משנתם. בעקבות הממצאים חוקרים החלו לאבד אמון בלמידה מתוך שינה כתופעה מציאותית: נדמה היה שנבדקים בניסויים כאלה לומדים רק כשלא באמת ישנו בזמן שהמידע הוצג להם.

רב המדענים בתקופה הזאתו נטו להימנע מנושא הלמידה מתוך השינה, אם כי פה ושם היו מחקרים שניסו לבחון את הקשר בין שינה ליכולת לזכור מידע חדש. הליך טיפוסי של מחקר כזה בחן למשל אם מניעת שינה השפיעה על היכולת להיזכר במידע ביום שלאחר למידתו. ניסוי אחר שאל אם הזיכרונות קודדו טוב יותר אחרי מנוחה קצרה באמצע היום, לעומת זמן דומה של ערוּת.

בפרשנות של מחקרים כאלה יש להתחשב בהשפעתם של משתנים מתערבים, כלומר גורמים שיכולים להסביר את ההבדלים שנמצאים בין קבוצות הניסוי פרט לאיכות השינה של הנבדקים או כמותה. לדוגמה, הלחץ שנגרם כתוצאה ממניעת שינה יכול להשפיע לרעה על כישורי חשיבה, וכך לפגוע ביכולת לזכור מידע חדש. בסופו של דבר, חוקרי מוח וקוגניציה החלו להתמודד עם הבעיות הללו באמצעות שילוב של שיטות מחקר. הצטברות הממצאים חיזקה לבסוף את התפיסה ששינה היא אמצעי יעיל "להחיות" זיכרונות שנרכשו במהלך היום, דבר שהחזיר את הלגיטימציה לעיסוק המחקרי בקשר בין שינה לזיכרון.

חוקרים רבים התמקדו בשנת הרע"מ (ריצודי עיניים מהירים: REM), שהיא השלב בשינה שמתאפיין בחלומות תכופים וחיים. הנחת העבודה הייתה שעיבוד הזיכרונות שמתרחש במוח יהיה קשור קשר הדוק לחלומות, אבל המחקרים לא הניבו נתונים חד-משמעיים.

ב-1983 שני מדענים מובילים – גריים מיטצ'יסון (Mitchison) ופרנסיס קריק (Crick), שלא היו פסיכולוגים – העזו לשער ששנת הרע"מ קשורה למעשה לשיכחה. בדומה להם, ג'וליו טונוני (Tononi) וקיארה סירלי (Cirelli), שניהם מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון, הציעו את האפשרות ששינה היא הזמן שבמהלכו נחלשים הקשרים בין תאי עצב, דבר שמקל על רכישת מידע חדש למחרת היום.

במקום שלב הרע"מ, היו חוקרים שהתמקדו בשלב אחר בשינה, שנת הגלים האיטיים (Slow Wave Sleep), שהיא פרק זמן של שינה עמוקה ללא ריצודי עיניים מהירים. ב-2007, ביקשו ביורן ראש (Rasch) ועמיתיו מאוניברסיטת לובק בגרמניה מנבדקים לשנן את מקומם של חפצים על מסך מחשב ובמקביל להריח ורדים. בהמשך הם ישנו במעבדה, ובזמן שהפעילות המוחית שלהם נרשמה ב-EEG הפיצו הנסיינים בחדר את אותו ניחוח. הריח עורר פעילות בהיפוקמפוס, אזור במוח שחיוני הן לניווט והן לקידוד מידע חדש. כשהתעוררו, הנבדקים זכרו טוב יותר את המיקומים שהתבקשו ללמוד, אבל רק אם הריחו את הניחוח במהלך שנת הגלים האיטיים שלהם (לא רע"מ).

אִחזור ממוקד של זיכרונות

ב-2009 הרחבנו את השיטה הזאת באמצעות שימוש בצלילים במקום ריחות. גילינו שצלילים שמושמעים במהלך שנת הגלים האיטיים יכולים לשפר את הזיכרון של מיקום של חפצים ספציפיים שבחרנו (בניגוד לשיפור כללי של הזיכרון במחקר הריח). בהליך שלנו, שנקרא אחזור ממוקד של זיכרונות (Targeted Memory Reactivation), או אמ"ז, לימדנו בשלב הראשון נבדקים היכן נמצאים חמישים חפצים. הם יכלו למשל ללמוד להציב דמות של חתול במקום מסוים על המסך, וקומקום במקום אחר. בו בזמן הם שמעו צליל שמתקשר אליו (יללה עבור חתול, שריקה עבור קומקום וכדומה).

צילום: שאטרסטוק

אחרי שלב הלמידה הזה, הנבדקים נשלחו לתפוס תנומה קצרה במקום נוח במעבדה. אנחנו עקבנו ב-EEG אחרי הפעילות המוחית שלהם בעזרת אלקטרודות שהצמדנו לראשם כדי לוודא שכולם אכן ישנו שינה עמוקה. הרישומים האלו חשפו תיאום מעניין בין פעילות של רשתות עצביות בקליפת המוח, שרלוונטיות לאחזור של זיכרונות. כשראינו שהנבדקים נמצאים בשלב הגלים האיטיים בשינה, השמענו את הצלילים המתאימים לחלק מהחפצים שביקשנו מהם למקם על המסך בשלב הקודם. הם הושמעו בעוצמה נמוכה יחסית, שהלמה את רעשי הרקע בסביבה, כדי לא להעיר את הנבדקים.

כשהתעוררו, הנבדקים זכרו טוב יותר את מקומם של חפצים שהם שמעו את הצלילים המתאימים להם במהלך השינה, לעומת אלה שלא. בין שהגירויים בניסויים האלה היו צלילים או ריחות, הם גרמו כנראה לאחזור של זיכרונות מרחביים, וכך הפחיתו את הסיכוי שיישכחו.

בתחילה, השימוש שעשינו בצלילים נתקל בביקורת רבה. התפיסה המקובלת בקרב חוקרי מוח הייתה שבמהלך השינה המעגלים העצביים בקליפת המוח שאחראים על תפיסה חושית נשארים כבויים, פרט לאלה שקשורים לחוש הריח. התפיסות השמרניות האלה לא הרתיעו אותנו. במקום זאת בטחנו באינטואיציה שלנו על כך שהשמעה של צלילים מתונים עשויה להשפיע על המוח הישן, ולהניב שינויים בזיכרונות חדשים.

ואכן, התובנות הללו הופיעו בניסויי המשך רבים. טכניקת הדימות fMRI הצביעה על אזורים במוח שמשתתפים באמ"ז, ומחקרי EEG הדגישו את החשיבות של תנודות מסוימות במוח לקידוד הזיכרון. שני מאמרים שפורסמו השנה – אחד של סקוט קירני (Cairney) מאוניברסיטת יורק באנגליה ועמיתיו והשני של ג'יימס אנטוני (Antony) מאוניברסיטת פרינסטון ועמיתיו – קישרו בין תנודה מחזורית מסוימת במוח, כישוֹר השינה (Sleep spindle), לבין יתרונות של האמ"ז לזיכרון.

מעבר לשיפור הזיכרון המרחבי, ההליכים הללו סייעו לזיכרון גם בנסיבות אחרות. אמ"ז יכול גם לסייע בלימוד נגינה על פסנתר, או בלימוד מילים חדשות או כללי דקדוק. הטכניקה יכולה לעזור גם בסוגים פשוטים יותר של למידה, כמו שינויים בתפיסת הגוף של אנשים. בניסויי התניה, אמ"ז משנה את הלמידה הקודמת של תגובה אוטומטית לגירוי שנוצר משילוב שלו עם שוק חשמלי. מחקרים שנעשים כעת בוחנים סוגים שונים של זיכרון, כמו צימוד בין שמות לפרצופים של אנשים שפוגשים בפעם הראשונה.

כשהטכנולוגיה תתפתח, נוכל לבדוק אם אפשר להיעזר באמ"ז כדי לטפל במגוון הפרעות, להחליש התמכרויות או לזרז החלמה ממחלות. המעבדה שלנו, בשיתוף עם הנוירולוג מרק סלוצקי (Slutzky) מאוניברסיטת נורת'ווסטרן, מפתחת בימים אלו הליך שיקומי שנועד לשפר מיומנויות תנועתיות של הזרוע בעקבות שבץ מוחי. בתהליך השיקום משלבים צלילים מתוזמנים היטב ומשמיעים אותם במהלך השינה בניסיון להאיץ את הלמידה מחדש של תנועות מוטוריות. הכיוון המחקרי נראה מבטיח שכן טכניקת האמ"ז אכן הובילה לשיפור בסוגים דומים של למידה מוטורית אצל אנשים בריאים.

ומה בנוגע לצרפתית?

היכולת המוכחת לחזק זיכרונות מעלה את השאלה אם אפשר גם לטעון מידע חדש למוחו של אדם ישן, טכניקה שמעוררת מחשבות על ההיבט האתי של שטיפת מוח שהעלה "עולם חדש מופלא". האם מרחיק לכת מדי לדמיין שאפשר להשתיל זיכרונות בחשאי?

במחקרים שערכה ענת ארצי ממכון ויצמן למדע, שנמצאת כיום באוניברסיטת קיימברידג', הדגימו היא ועמיתיה יצירה של זיכרונות פשוטים יחסית באמצעות ריחות. באחד הניסויים הצליחו החוקרים להפחית את התשוקה לטבק אצל נבדקים שרצו להיגמל מעישון. במהלך השינה חשפו נבדקים לשני ריחות: עשן סיגריות ודג רקוב. בשבוע שלאחר מכן אלו מהם שנחשפו לתערובת הריחות עישנו 30 אחוז פחות, כנראה משום שהותנו לקשר בין סיגריות לריח הדג הרקוב.

רכישה של זיכרון מורכב יותר היא משימה לא פשוטה, אבל ייתכן שגם את זה עוד נשיג. קרים בן-שנאן (Benchenane) מהמכון הלאומי למחקר מדעי בצרפת ועמיתיו הראו איך אפשר לשנות את ההעדפות המרחביות של עכברים. כשהחלו את עבודתם, בן-שנאן וצוותו ידעו שכשעכבר חוקר סביבה חדשה, תאי עצב שנקראים "תאי מקום" פועלים כשהחיה נמצאת במקום מסוים. התאים האלו מופעלים שוב במהלך השינה, כנראה כשהזיכרון מופעל מחדש.

החוקרים גירו את מערכת התגמול של מוח העכבר (אלומת המוח הקדמי האמצעי: Medial forebrain bundle) בדיוק כשתאי המקום החלו לפעול ספונטנית במהלך השינה. למרבה הפלא, העכברים בילו יותר זמן במקומות שקושרו לגירוי של מערכת התגמול בזמן שישנו, וניגשו לשם ברגע שהתעוררו. מחקרים נוספים נחוצים כדי לפענח אם מדובר בזיכרונות מזויפים שלמים שהושתלו במוחות העכברים במהלך השינה, או שמא הם הונחו אוטומטית אל המקומות הללו בתהליך של התניה, בלי להבין מדוע הם נמשכים אליהם.

עדיין לא ברור מהם הגבולות של הדברים שאנו יכולים לעשות, אבל המחקר הזה ביסס את התפיסה שלמידה רגילה יכולה להתרחש גם במוח הישן והלא מקוון בלילה. אנו צריכים לישון לא רק כדי להיות ערניים אחריה, וכדי לאפשר לגוף להתחדש, אלא גם כדי לחזק זיכרונות שרכשו קודם. נותר עדיין הרבה ללמוד על עיבוד הזיכרון במהלך השינה. מחקרים נוספים יידרשו להתמקד באופן שבו מנגנונים מוחיים משמרים את הזיכרונות החשובים ביותר. חיוני גם שנלמד עוד על הסכנות של שינה מעטה או לא איכותית, שאולי מושפעת מגורמים כמו לחץ נפשי, מחלות מסוימות, או זיקנה.

מחקר שהובילה כרמן וסטרברג (Westerberg) מאוניברסיטת נורת'ווסטרן מצביע על הכיוונים הרצויים. וסטרברג בחנה חולים שסבלו מסוג ליקויי הזיכרון שמבשרים לעיתים קרובות על מחלת האלצהיימר – ליקוי קוגניטיבי אמנזי קל. התוצאות תיעדו קשר בין שינה לקויה לבין ירידה ביכולת לזכור מידע לאחר הפרעה בשנת הלילה.

מכלול המידע הזה יכול לסייע ביצירת תוכניות ללמידה מתוך שינה שיסייעו לשמר זיכרונות, להאיץ את הקידוד של ידע חדש, או אפילו כדי לשנות הרגלים מזיקים כמו עישון. במבט קדימה, מדענים עשויים לחקור גם אם אנחנו יכולים לשלוט בחלומותינו, דבר שיכול להוביל לטיפולים נגד סיוטים, או לפתרון בעיות מבוסס שינה, ואולי אפילו לעיצוב מוזמן של חלומות למטרות בידור. בתרבות שכבר מציעה מעקב שינה מבוסס צמידים והזמנת בדיקות גנטיות באמצעות הדוא"ל, אפשר להתחיל לשקול דרכים חדשות להמיר את שעות השינה המתות בפעילות יצירתית – יש מי שיראו בזה רעיון מצמרר, ואחרים שעבורם זו תהיה הזדמנות מבורכת נוספת לנבור בנפשם.

פורסם במקור בגיליון נובמבר 2018 של Scientific American

לקריאה נוספת

• The Secret World of Sleep: The Surprising Science of the Mind at Rest. Penelope A. Lewis. Palgrave Macmillan, 2013.
• Upgrading the Sleeping Brain with Targeted Memory Reactivation. Delphine Oudiette and Ken A. Paller in Trends in Cognitive Sciences, Vol. 13, No. 3, pages 142–149; March 2013.
• Why We Sleep: Unlocking the Power of Sleep and Dreams. Matthew Walker. Scribner, 2017.
• Sleeping in a Brave New World: Opportunities for Improving Learning and Clinical Outcomes through Targeted Memory Reactivation. Ken A. Paller in Current Directions in Psychological Science, Vol. 26, No. 6, pages 532–537; December 2017.

מארכיון סיינטיפיק אמריקן

• שנו על זה!, רוברט סטיקגולד, אוקטובר 2015.