睡眠と記憶の関係：覚えたことは寝ている間にどうなるか

1923年4月14日から6月7日まで、アメリカのコーネル大学の心理学研究室に、2人の4年生が泊まり込みました。夜11時半から午前1時のあいだに、意味のない音節を10個覚え、すぐにベッドに入ります。そして1時間後、2時間後、4時間後、8時間後のどれかに起こされて、覚えた音節を思い出しました。

翌年、Jenkins さんと Dallenbach さんは、この結果を『American Journal of Psychology』誌に発表しました。眠ったあとに思い出せた音節は、起きて過ごしたあとの2倍以上でした。

この記事では、この古い実験から始めて、覚えたあとの睡眠、覚える前の睡眠、眠っている脳で起きていることについて、論文や総説に書かれている範囲で紹介します。

1924年の実験

2人は、10個の音節を、1回まちがえずに言えるところまで覚えました。昼に覚える回は、ほとんどが朝8時から10時のあいだで、覚えたあとはふだんどおりに過ごしてから、決まった時刻に研究室に戻って思い出しました。

思い出せた音節の数は、平均すると、眠ったあとでは5.8個と6.0個、起きていたあとでは2.4個と2.8個でした。1時間後でも、眠ったあとは7.1個と7.0個、起きていたあとは4.4個と4.8個で、差がありました。

違ったのは、時間がたったあとの形です。起きていた場合は、時間がたつほど思い出せる数が減っていきました。眠った場合は、最初に少し減ったあと、2時間後からはほぼ同じ数が続きました。

論文は、この実験の弱いところも書いています。何回か実験を続けるうちに、夜中に2人を起こすのが難しくなりました。2人はベッドを出て隣の部屋で音節を答えたのに、翌朝にはそのことを何も覚えていないと話しました。起きていたかどうかは、ふるまいから判断していたそうです。対象も2人だけでした。

忘れるのは時間のせいか

Jenkins さんたちは論文の最後に、忘れることは、古い記憶が時間とともに薄れることというより、新しく入ってくるものが古いものを妨げたり、消したりすることだ、とまとめています。脚注には、夜に勉強することの利点が明らかになった、とも書いています。

この考え方では、眠りは、新しいものが入ってこない時間として記憶を守っていることになります。

2006年、Ellenbogen さんたちは『Current Biology』誌に、この点を調べた研究を発表しました。海馬にかかわる「宣言的記憶」を、競合する新しい情報で揺さぶったときに、睡眠の効果が見えるのではないか、と考えたものです。要旨によると、眠ることで、宣言的記憶が、あとから覚える情報による干渉から守られていました。著者たちは、これを示した最初の研究だと書いています。

覚えてから数時間のうちに眠る

同じ2006年、ドイツの Gais さんたちは『Learning & Memory』誌に、高校生の単語の記憶を調べた2つの実験を発表しました。

要旨によると、覚えてから数時間のうちに眠った場合に、単語の記憶がよくなっていました。これは、覚えた時刻が1日のどこであっても同じで、起きている時間の干渉をそろえた条件でも見られました。また、眠らずに過ごすと記憶は悪くなり、その差は、次の夜に眠って回復したあとも残っていました。そのため著者たちは、起きているあいだにたまる疲れでは、この結果を説明できないとしています。

技能も一晩で変わる

覚えることは、言葉だけではありません。2002年に『Neuron』誌に載った Walker さんたちの研究は、運動技能の練習のあとで、睡眠をはさむ場合とはさまない場合を比べました。

要旨によると、一晩眠ったあとでは、動きの速さが20パーセント上がり、正確さは落ちていませんでした。同じ長さの時間を起きて過ごした場合には、はっきりした伸びは見られませんでした。一晩での伸びは、ノンレム睡眠のうち「ステージ2」と呼ばれる段階の量と関係していて、とくに夜の後半の量との関係が強くなっていました。

眠っている脳で起きていること

Jenkins さんたちの時代には、睡眠は、邪魔が入らないことで記憶を守る、受け身の時間だと考えられていました。

2013年、ドイツの Rasch さんと Born さんは『Physiological Reviews』誌に、100年以上の睡眠と記憶の研究をまとめた総説を書きました。要旨によると、いまの理論では、睡眠は、記憶が「システム固定化」を受ける、能動的な時間だと考えられています。

総説の要旨は、その流れを次のように書いています。徐波睡眠のあいだに、新しく覚えた記憶が脳の中でもう一度呼び起こされ(再活性化)、形を変えながら長期の記憶に組み込まれていきます。そのあとのレム睡眠が、変わった記憶を安定させているのかもしれません。以前はレム睡眠が注目されていましたが、新しい研究では、記憶の固定化にとって徐波睡眠が大事だと分かってきました。

総説は、眠っている脳は記憶を固めることに、起きている脳は新しく覚えることに向いた状態だ、という見方を示しています。

覚える前の睡眠

ここまでは、覚えたあとの睡眠の話でした。2007年に『Nature Neuroscience』誌に載った Yoo さんたちの研究は、覚える前の睡眠を調べています。

要旨によると、一晩眠らずに過ごした人は、新しい出来事を覚えるときの海馬の働きが弱く、そのあとの記憶も悪くなっていました。著者たちは、覚える前の睡眠が、次の日に新しい記憶をつくるための準備として大事なようだ、と書いています。

睡眠を減らした日が続いたときの注意力の変化は、6時間睡眠は足りているのかで紹介しました。覚えたあとの短い昼寝や、夜に覚えて朝に復習した実験は、記憶に残る勉強法10選に書いています。

これらの研究で分かることと、分からないこと

ここで紹介した研究に共通しているのは、覚えたあとに眠った人のほうが、起きていた人より多くを覚えていたことです。言葉でも、運動の技能でも、同じ方向の結果が出ていました。覚える前に眠らなかった場合には、新しく覚える力のほうが弱くなっていました。

一方で、1924年の実験は2人だけで、夜中に起こされた2人が本当に目を覚ましていたかもはっきりしません。眠っている脳で記憶が呼び起こされるという説明も、総説の中では、主に海馬にかかわる記憶で調べられてきたものとして書かれています。

参考文献

Jenkins JG, Dallenbach KM. Obliviscence during sleep and waking. Am J Psychol. 1924;35(4):605-612.
Walker MP, Brakefield T, Morgan A, Hobson JA, Stickgold R. Practice with sleep makes perfect: sleep-dependent motor skill learning. Neuron. 2002;35(1):205-211.
Gais S, Lucas B, Born J. Sleep after learning aids memory recall. Learn Mem. 2006;13(3):259-262.
Ellenbogen JM, Hulbert JC, Stickgold R, Dinges DF, Thompson-Schill SL. Interfering with theories of sleep and memory: sleep, declarative memory, and associative interference. Curr Biol. 2006;16(13):1290-1294.
Yoo SS, Hu PT, Gujar N, Jolesz FA, Walker MP. A deficit in the ability to form new human memories without sleep. Nat Neurosci. 2007;10(3):385-392.
Rasch B, Born J. About sleep’s role in memory. Physiol Rev. 2013;93(2):681-766.

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