И REM, и глубокий NREM-сон (который мы для удобства будем называть "глубоким сном") имеют решающее значение для обучения и памяти, но по-разному. Глубокий сон - это время, когда мозг очищает свой кэш краткосрочных воспоминаний в гиппокампе и отбирает важные из них для долгосрочного хранения в коре головного мозга, помогая нам сохранить и закрепить самые важные воспоминания за день. Исследователи заметили прямую линейную зависимость между тем, сколько глубокого сна мы получаем за ночь, и тем, насколько хорошо мы справимся с тестом на память на следующий день.
В молодости сон REM играет важную роль в росте и развитии нашего мозга. Даже когда мы спим, наш мозг формирует новые связи, расширяя нейронную сеть; именно поэтому молодые люди проводят больше времени в REM. В зрелом возрасте время REM-сна, как правило, уменьшается, но оно по-прежнему важно, особенно для творчества и решения проблем. Создавая, казалось бы, случайные ассоциации между фактами и воспоминаниями и отбирая перспективные связи от бессмысленных, мозг может часто придумывать решения проблем, которые поставили нас в тупик накануне. Исследования также показали, что сон REM особенно полезен для так называемой процедурной памяти - обучения новым способам движения тела, для спортсменов и музыкантов.
Еще одна очень важная функция REM-сна - помогать нам обрабатывать эмоциональные воспоминания, отделяя наши эмоции от воспоминаний о негативном (или позитивном) опыте, вызвавшем эти эмоции. Вот почему, если мы ложимся спать расстроенными из-за чего-то, утром нам почти всегда кажется, что все стало лучше. Мы помним о событии, но (со временем) забываем о боли, которая его сопровождала. Без этого перерыва для эмоционального исцеления мы жили бы в состоянии постоянной тревоги, каждое воспоминание о которой вызывало бы новый всплеск эмоций, связанных с этим событием. Если это похоже на посттравматическое стрессовое расстройство, то вы правы: исследования ветеранов боевых действий показали, что они менее способны отделять воспоминания от эмоций именно из-за недостатка REM-сна. Оказалось, что ветераны вырабатывали высокий уровень норадреналина, гормона борьбы и бега, который не позволял их мозгу расслабиться достаточно, чтобы войти в REM.
Возможно, наиболее интригующим является тот факт, что REM-сон помогает нам сохранять эмоциональную осведомленность. Исследования показали, что когда мы лишены REM-сна, нам сложнее понять выражение лица других людей. Испытуемые, лишенные REM-сна, интерпретировали даже дружелюбное или нейтральное выражение лица как угрожающее. Это не так уж и важно: наша способность функционировать как социальные животные зависит от нашей способности понимать чувства других людей и ориентироваться в них. Короче говоря, REM-сон, похоже, защищает наше эмоциональное равновесие, одновременно помогая нам обрабатывать воспоминания и информацию.
С другой стороны, глубокий сон, похоже, необходим для здоровья нашего мозга как органа. Несколько лет назад исследователи из Рочестера обнаружили, что во время глубокого сна мозг активирует своего рода внутреннюю систему удаления отходов, которая позволяет спинномозговой жидкости проникать между нейронами и выметать межклеточный мусор; при этом сами нейроны отодвигаются, чтобы позволить этому произойти, подобно тому, как горожане иногда должны отодвигать свои автомобили, чтобы дать возможность проехать уборочной технике. Этот процесс очищения вымывает мусор, включая амилоид-бета и тау - два белка, связанных с нейродегенерацией. Но если мы не проводим достаточно времени в глубоком сне, эта система не может работать так же эффективно, и амилоид и тау накапливаются в нейронах. Более широкие исследования показали, что у людей , которые в течение десятилетий спят менее семи часов за ночь, в мозге накапливается гораздо больше амилоида-бета и тау, чем у тех, кто спит семь и более часов за ночь. Тау, белок, который скапливается в "клубки" внутри нездоровых нейронов, сам по себе коррелирует с нарушениями сна у когнитивно нормальных людей и у людей с MCI, или легкими когнитивными нарушениями, ранней стадией деменции.
Это может превратиться в порочный круг. Если человек страдает болезнью Альцгеймера, он, скорее всего, будет испытывать нарушения сна. Люди с болезнью Альцгеймера проводят все меньше времени в глубоком сне и REM-сна, а также могут испытывать резкие изменения в циркадном ритме (т.е. цикле сон-бодрствование). Кроме того, у половины людей с болезнью Альцгеймера развивается апноэ во сне.