Visst kan du lära i sömnen

Är en tofer tillräckligt liten för att rymmas i en skokartong? Ja eller nej? Och hur är det med en guga? Får den plats? Eller en aryl?

Frågorna verkar helt knäppa. Orden är påhittade av forskare vid Universität Bern i Schweiz och ingår i ett experiment som måste ha varit en aning förbryllande för de drygt fyrtio tyskspråkiga deltagarna.

Den föregående natten hade de bara sovit i fyra timmar. Efter en kraftig lunch kom de till universitetets sömnlaboratorium för att ta en tupplur med EEG-elektroder på hjässan och lurar med svagt vattenfallsbrus i öronen. Efter tuppluren kom frågorna om de underliga orden.

– Jag bad dem att bara gå på magkänsla och inte tänka för mycket, säger Simon Ruch, som forskar i kognitiv neurovetenskap vid Universität Bern i Schweiz.

Vad deltagarna inte visste var att Simon Ruch och hans medarbetare smusslat in ordpar i hörlurarnas vattenfallsbrus. Varje par bestod av en hittepå-glosa tillsammans med ett riktigt ord, till exempel tofer – elefant, eller guga – nyckel. Varje deltagare fick höra mängder av sådana ordpar repeterade i olika ordning medan de sov.

Försöksdeltagarna svarade lydigt på frågorna – och lyckades bättre än slumpen med att gissa rätt. Detta trots att ingen efter försöket hade något som helst minne av att ha hört några ord medan de sov, vare sig tyska eller något annat språk. Så även en sovande hjärna kan ta in nya ord, och dessutom begripa dem tillräckligt väl för att bedöma om de står för ett föremål större eller mindre än en skokartong.

– Jag skulle säga att inlärning av nya ord hör till de mest avancerade formerna av inlärning, något som bara människor klarar av, säger Simon Ruch.

Och vi klarar det till och med när vi sover. Förmågan är begränsad, men sömninlärning finns på riktigt. Samtidigt har fenomenet vida förgreningar i fantasins värld.

I den dystopiska framtidsromanen Du sköna nya värld från 1932 berättar den brittiske författaren Aldous Huxley om lille Reuben. En kväll somnar pojken till ett radioföredrag på engelska, ett språk han inte förstår. Nästa morgon kan han återge hela föredraget ord för ord. I romanen blir Reubens historia utgångspunkten för en ny vetenskap, hypnopedin. Den totalitära statens tjänstemän använder hypnopedi till att indoktrinera befolkningen. En viskande röst från en högtalare under varje barns kudde förklarar hur de ska inordna sig i ett system av statligt sanktionerade samhällsklasser.

Verklighetens forskning om sömninlärning handlar om enklare saker. Bland pionjärerna fanns den amerikanske psykologen Edward Thorndike. Under kapprustningen inför första världskriget ville han hjälpa armén att snabbutbilda signalister genom att låta rekryter lyssna till grammofoninspelningar med morsealfabetet medan de låg och sov i sina baracker. Resultaten var uppmuntrande. De soldater som sovit medan grammofonen spelade (A: – – B: – – – – och så vidare) var visserligen något tröttare på dagarna än de som fått sova i tysthet, men de lärde sig fortare.

Detta inspirerade entreprenörer att lansera nya produkter, till exempel den storsäljande ”psykofonen” – ett slags tidsinställd grammofon som enligt reklamen skulle utnyttja det omedvetna sinnets mottaglighet för inlärning.

Psykologer fortsatte att studera fenomenet i flera decennier, och ytterligare rapporter verkade bekräfta att den sovande hjärnan är tillräckligt alert för att ta in ny information. Men det fanns en hake.

För att försäkra sig om att försökspersonerna sov nöjde sig psykologerna som regel med att se till att de låg stilla i sängen och andades i jämn takt. På 1930-talet började forskare studera hjärnaktiviteten med EEG. Då förändrades bilden. Med den nya tekniken blev det så småningom möjligt att se en tydligare skillnad mellan sömn och vakenhet. En utvärdering av tidigare forskning publicerad år 1955 levererade dräpande kritik: ”Inlärning i sömnen är möjligt i den mån försökspersonen är vaken.”

Det beskedet drog ner rullgardinen för vetenskapliga studier av hjärnans förmåga att inhämta ny kunskap i sömnen. Seriösa forskare förpassade hypnopedin till avdelningen för science fiction.

– Det var väldigt väletablerat att man inte kan lägga in nya minnesspår när man sover, att hjärnan helt enkelt inte sysslar med sådant, säger Torbjörn Åkerstedt, psykologiprofessor på Karolinska institutet i Solna.

Ett stort intresse för inlärning i sömnen blev något av en belastning för den som hoppades på en karriär inom vetenskapens värld. Men ett fåtal djärva forskare dristade sig till att försöka ta reda på hur sömnen kan tänkas påverka minnen.

I början av 1990-talet fick en grupp studenter i Kanada träna på enkla uppgifter i logik innan de gick till sängs. Hälften fick höra en tickande klocka medan de tränade. När de hade somnat fick några av dem höra samma tickande ljud under REM-sömnen, den del av sömnen som innehåller de livligaste drömmarna. Det påverkade minnet. En vecka senare lyckades de som sovit till det tickande ljudet 23 procent bättre än de som sovit utan ljud i ett test med samma slags uppgifter. Forskarnas slutsats blev att tickandet aktiverat minnen i den sovande hjärnan så att de fastnade bättre.

Under det senaste decenniet har mängder av nya studier visat hur hjärnan använder sömnen till att sortera, bearbeta och befästa minnen från upplevelser i vaket tillstånd. Det har bidragit till att återuppväcka vetenskapen om kopplingen mellan sömn och minnen. Men därifrån är steget långt till skräckvisionerna i Du sköna nya värld om indoktrinering av barn via viskande kuddar.

Länge var det oklart om regelrätt sömninlärning ens är möjlig, om en sovande hjärna verkligen kan ta in ny information från yttervärlden på ett sätt som påverkar beteendet i vaket tillstånd.

Det kan den. Ett första belägg presenterades år 2012. Den israeliska neurobiologen Anat Arzi och hennes medarbetare genomförde ett elegant lukt-experiment. De lät sovande försökspersoner känna en lukt (rutten fisk eller schampo) och samtidigt höra en ton med en viss tonhöjd. Hela tiden mätte de noga volymen luft i de sovande personernas andetag. En obehaglig doft ledde som väntat till att andningen blev ytligare, en behaglig till djupare andning med större andetag.

Efter en stund med både toner och dofter övergick forskarna till att enbart spela tonerna. Försökspersonerna – som fortfarande sov – reagerade med mindre andetag när de hörde tonen kopplad till fisk, och med större andetag när de hörde tonen kopplad till schampo. De hade alltså lärt sig något nytt i sömnen.

Kunskapen fanns kvar även i vaket tillstånd. Deltagarna vaknade utan några som helst medvetna minnen av vad de hade varit med om. Men när forskarna spelade upp tonerna och samtidigt mätte mängden luft i varje andetag fanns de inlärda associationerna kvar. Fisktonen förminskade andetagen. Schampotonen gjorde dem större. Hjärnan hade lärt sig sin läxa.

Anat Arzi och hennes medarbetare har senare använt sin upptäckt i ett försök att hjälpa rökare att dra ner på cigaretterna. De utsatte sovande rökare för tobaksrök tillsammans med lukten av rutten fisk eller ruttna ägg vid upprepade tillfällen under en enda natt. Den följande veckan rökte de ungefär 30 procent mindre, vilket tyder på att de gjort en koppling mellan cigaretter och något riktigt äckligt. (Se F&F #1/2015 Fimpa i sömnen med hjälp av rutten fisk.)

Motsvarande behandling i vaket tillstånd hade ingen effekt alls, inte heller enbart tobaksrök eller lukten av rutten fisk i sömnen. Ingen av försökspersonerna kunde minnas nattens lukter när de vaknade. Trots det ändrade de alltså sitt beteende.

Det har också visat sig möjligt att installera förfalskade minnen i sovande hjärnor. Forskare i Frankrike använde elektrisk ström till att skapa starkt känsloladdade minnen hos möss.

Utgångspunkten var ett slags celler som ingår i lokalsinnet och som belönades med 2014 års Nobelpris i fysiologi eller medicin. (Se F&F #11/2014 Hjärnans karta ledde priset till Norge.) Dessa så kallade platsceller ligger inbäddade i hippocampus, ett område innanför vardera tinningloben. När en mus rör sig fritt i en bur aktiveras en av platscellerna varje gång musen passerar en specifik plats. Tillsammans lagrar platscellerna ett slags inre karta som är unik för ett område musen har utforskat.

Samma celler är aktiva även när musen sover. De fyrar av elektriska signaler som ger sken av att den återupplever platser den har utforskat. Kanske ingår platserna i drömmar, men det är förstås lönlöst att fråga en mus vad den har drömt.

Forskarna bestämde sig för att utnyttja platscellerna i ett försök att föra in ett lustfyllt men falskt minne i en mus. Med hjälp av en elektrod kunde de avlyssna en specifik platscell. En dator registrerade cellens aktivitet medan musen sov. Varje gång cellen fyrade av en elektrisk puls skickade datorn omedelbart en signal till en annan elektrod. Den var placerad i den sovande musens belöningssystem. Systemet frisätter ämnet dopamin som är känt för att utlösa känslor av välbefinnande och lust.

Via elektroderna kunde forskarna koppla en viss plats som musen befunnit sig på i vaket tillstånd till lustfyllda känslor. Och det påverkade musen.

– När vi väckte musen sprang den nästan direkt till just den platsen, säger Karim Benchenane, hjärnforskare vid institutet CNRS i Paris.

Den drogs alltså till det område vars motsvarande platscell utlöst lustfyllda kickar när den låg och sov. Sömninlärningen ledde till att musen tillbringade upp till fem gånger mer av sin tid just där.

– Den hade lärt sig något i sömnen, säger Karim Benchenane.

Han tänker sig att musen gjorde en medveten koppling mellan en viss plats och sina lustfyllda känslor. Men det är svårt att veta exakt vad som rörde sig i musens huvud. Den kanske inte hade minsta aning om varför den sprang till en viss plats.

Oavsett vad musen upplevde så hade den lärt sig något som påverkade beteendet i vaket tillstånd. Experimentet är ytterligare ett exempel på att inlärning i sömnen fungerar. Frågan är vad det betyder i praktiken. Är det möjligt för oss människor att utnyttja en del av den tidsödande sömnen till att lära oss nya saker?

På internet kan man hitta sömnkurser i allt från albanska till konsten att putta golfbollar. Nätföretaget sleeplearning.com erbjuder utbildningar i mer än hundra ämnen, och dessutom kuddar med inbyggda högtalare. Marknadsföringen använder argument som för tankarna till psykofonens storhetstid: ”Tillägna dig snabbt stora mängder ny information genom att gå direkt till ditt undermedvetna sinne”.

En närmare titt på experimentella data nyanserar bilden. I försöket med påhittade ord ledde sömninlärning visserligen till att deltagarna ibland gissade rätt om vilka föremål som skulle kunna rymmas i en skokartong. Men effekten var liten. Gissningarna var i genomsnitt bara 3 procent bättre än slumpen.

En mer ingående analys visade att siffran under vissa förutsättningar var högre. Under djupsömnen pendlar hjärnbarkens celler mellan perioder av aktivitet och vila ett par gånger per sekund. När det avslutande ordet i ett ordpar (till exempel ”elefant” i ordparet ”tofer – elefant”) sammanföll med en aktivitetstopp blev minnet starkare. Då lyckades försöksdeltagarna gissa rätt 10 procent oftare än slumpen. Frågan är hur långt det räcker om målet är att lära sig albanska.

– Än så länge kan vi inte säga om effekten är tillräcklig för praktiska tillämpningar, säger Simon Ruch.

Han tycker att resultaten är intressanta främst på grund av vad de säger om hur minnet fungerar. Enligt den gängse uppfattningen måste information finnas i medvetandet innan den hamnar i långtidsminnet. Djupsömnen beskrivs ofta som ett medvetslöst tillstånd. Dess korta perioder av aktivitet skulle förstås kunna motsvara något slags gnistor av medvetande, men resultaten visar ändå att hjärnan har kvar förmågan att lära sig saker även när den befinner sig långt bortom vakenhetens värld av medvetna upplevelser.

Denna inlärning är högst begränsad. Visserligen kan hjärnan snappa upp ett och annat i sömnen, till exempel nya glosor. Men för att behärska ett nytt språk krävs mer än en diffus aning om huruvida ett ord står för ett föremål som ryms i en skokartong eller inte. Så den klassiska tanken på att det skulle gå att lära sig invecklade saker utan ansträngning i sömnen är fortfarande bara en dröm.