donderdag 30 augustus 2012

Leren terwijl je slaapt: kan dat?


Het is de droom van menig leerling: zonder inspanning leerstof tot je nemen terwijl je aan het slapen bent. Als je 's morgens wakker wordt weet je: ik ben klaar om het proefwerk te maken. Rond dit 'slaapleren' (de officiële term is 'hypnopedie') is een hele industrie ontstaan. Neem bijvoorbeeld sleeplearning.com, een bedrijf dat ons aanspoort de 'full potential of our brain' te gaan gebruiken, en dat voor een flinke prijs CD's aanbiedt die ons onder andere moeten helpen bij het leren van een nieuwe taal, het verbeteren van ons geheugen, en het verhogen van ons zelfvertrouwen. Zoals te verwachten wordt als mechanisme verondersteld dat het leren via onbewuste beïnvloeding gaat. Maar er is een probleem met slaapleren: het werkt niet. Dat wil zeggen: er is tot nu toe nooit door middel van wetenschappelijk onderzoek ondersteuning gevonden voor het idee dat mensen iets nieuws kunnen leren tijdens hun slaap. Dat lijkt op zich prima te begrijpen: blijkbaar hebben mensen die slapen wel iets anders aan hun hoofd dan te luisteren naar hun omgeving. Toch is het niet zo dat je tijdens je slaap helemaal bent afgesloten van die omgeving. Bij een harde knal ergens in je omgeving schiet je wakker. Sterker: het blijkt dat in de hersenen andere gebieden actief worden als omgevingsstimuli betekenisvol zijn. Ook tijdens je slaap reageren de hersenen dus anders op je naam dan op andere geluiden. Desondanks leiden stimuli van buitenaf niet tot effecten die ook te meten zijn als je weer wakker bent. Dat geldt in ieder geval voor zogenaamd 'hogere orde'-leren (bijvoorbeeld het leren van woorden in een vreemde taal). De vraag is nu: geldt het ook voor lagere orde-leren? Het bekendste voorbeeld van lagere-orde leren is klassiek conditioneren (ook wel het Pavlov-effect genaamd: de hond die gaat kwijlen zodra hij een worst ziet). De vraag is dus: kun je iemand conditioneren in zijn slaap, met als gevolg dat het effect er nog is als diegene weer wakker is? Voor onderzoekers komt daar nog een vraag bij: hoe moet je een onderzoek naar conditioneren tijdens slapen uitvoeren? De sleutel daarvoor blijkt te liggen bij de neus: net als geluiden verwerken de hersenen ook geuren terwijl we slapen. Bijkomend voordeel van geur is dat je van sommige geuren niet wakker wordt (zolang de vijfde zenuw niet geprikkeld wordt), maar dat je lichaam wel reageert op geuren: door te snuiven. In het onderzoek dat ik hier bespreek (zie de verwijzing onderaan) werd hiervan handig gebruikgemaakt. In dit geval gebruikten de onderzoekers, terwijl hun 28 proefpersonen aan het slapen waren, een specifieke conditioneertechniek die 'differential partial-reinforcement trace conditioning' heet. Die procedure betekent:
  1. Differential - Er werden twee verschillende stimuli gebruikt: een toon van 400 Herz en een toon van 1200 Herz. Als iemand wakker werd van het geluid deed diegene niet meer mee in het experiment (wat gelukkig niet zo vaak voorkwam).
  2. Partial-reinforcement - De twee tonen (de neutrale stimuli) werden op sommige trials (dus niet elke keer) gekoppeld aan een geur. De toon van 400 Herz werd geassocieerd met een prettige geur, de toon van 1200 Herz met een vervelende geur.
  3. Trace conditioning - Tussen de toon en de geur zat een pauze van een paar seconden. Die manier van conditioneren wordt 'trace conditioning' genoemd.
NB: Voor meer uitleg over klassiek conditioneren: ik heb eerder een ShowMe gemaakt (een korte videopresentatie) waarin ik dit concept, en het verschil tussen CS, UCS, UCR enzovoort uitleg.

Voor zo'n eenvoudige onderzoeksvraag is de in het artikel beschreven experimentele procedure uiterst omslachtig en ingewikkeld. Dat is wel meteen de kracht van dit specifieke onderzoek. Als er een effect van het conditioneren wordt gemeten dan weet je in ieder geval vrij zeker dat dat effect is toe te schrijven aan het conditioneren en niet aan een zogenaamd 'onderzoeksartefact' (een procedurele fout in het experiment).
Om te kijken of het conditioneren effect had werd het zogenaamde 'snuifvolume' gemeten. Dat werd gemeten bij de ontwaakte proefpersonen na het laten klinken van de tonen van 400 en 1200 Herz. Als dat inmiddels 'geconditioneerde stimuli' zouden zijn dan zou er een relevante snuifrespons moeten volgen: meer bij de toon die met een plezierige geur was geassocieerd, minder bij de toon die met een vervelende geur was geassocieerd. In het diagram hierboven zie je figuur 3d en 3e uit het artikel. Links zie je twee staafjes van de experimentele groep (de slapers) die in hun slaap geconditioneerd waren, rechts twee staafjes van een controlegroep met wie niets was gebeurd. Het verschil is duidelijk (en statistisch significant): de groep die tijdens het slapen geconditioneerd was reageerde wakker anders op de toon dan de groep die niet geconditioneerd was. Met name voor de vervelende geur is het effect duidelijk zichtbaar. Leren tijdens het slapen is dus mogelijk! Twee bijkomende bevindingen zijn: 1) de proefpersonen hadden geen idee na afloop wat er tijdens hun slaap was gebeurd, ze wisten niets van tonen en geuren; 2) een beperkt vervolgexperiment toonde dat het leereffect alleen optrad als er geleerd werd buiten de REM-slaap om. De betekenis daarvan is nog onbekend.

Wat leren we van deze resultaten? Ten eerste is het voor verder onderzoek fijn dat geur goed werkt in dit type experimenten. Het conditioneren gebeurde relatief snel, en van de aanwezigheid van bepaalde geuren wordt niemand wakker. Daarnaast is de snuifrespons een mooie manier om op een objectieve manier een leereffect te meten. Ten tweede impliceren de resultaten dat leren tijdens de slaap echt mogelijk is. Therapieën tegen fobieën gaan soms uit van klassiek conditioneren. Zou het niet mooi zijn als de therapie tijdens het slapen kon worden voortgezet? Er is nog veel ruimte voor verder onderzoek om te bekijken waar de grenzen liggen van wat mogelijk is, maar met deze experimentele procedure is de toon in ieder geval gezet. Welterusten!

Arzi, A., Shedlesky, L., Ben-Shaul, M., Oksenberg, A., Hairston, I.S., and Sobel, N. (2012). Humans can learn new information during sleep. Nature Neuroscience. doi:10.1038/nn.3193