Сон — это цена, которую мозг платит за способность учиться и адаптиров

Сон — это цена, которую мозг платит за способность учиться и адаптироваться в течение дня. Очень утрируя, днём мы пишем всё подряд, а ночью надо это индексировать, отбрасывать неважное, сжимать, токенизировать и строить кэши. 

В общем, делать всё то же самое, что делает ваш сотовый телефон по ночам, чтобы можно было положить вашего друга в папку с другими фотографиями его же. 

Работа вот. Когда мы бодрствуем, то взаимодействуем с миром. На уровне нейронов — связи между ними постоянно укрепляются. Это синаптическая потенциация, основа обучения и памяти. При этом более сильные синапсы требуют больше энергии. Мозг и так самый энергозатратный орган и жрёт четверть бюджета, и больше ему тяжело. Ну и нейроны не могут бесконечно укреплять связи. В какой-то момент система «насыщается», и способность к дальнейшему обучению падает. 

Вы не можете эффективно учиться, если уже перегружены информацией.

Больше 4 тысяч очков опыта за день не получить. 

Плюс активная работа синапсов требует постоянного производства белков и других веществ, что создаёт нагрузку на клетки. В итоге вы по мере обучения постепенно деградируете. 

Во сне мозг отключается от внешнего мира (это сенсорная и моторная блокада), чтобы провести генеральную уборку. Основная задача сна — ренормализация синаптической силы. Это умное ослабление синапсов, которые укрепились за день. 

Ослабление синапсов улучшает память через умный отбор наиболее приспособленных, то есть сжатие с потерями. 

Во время сна мозг проигрывает нейронные шаблоны, связанные с полученным за день опытом. Важные и хорошо усвоенные воспоминания (те, что активировались часто и сильно) будут реактивироваться во сне чаще. Эта реактивация защищает их синапсы от сильного ослабления. Слабые, случайные или неважные ассоциации будут реактивироваться редко или не будут вовсе. Их синапсы ослабляются сильнее всего и со временем могут быть полностью удалены. 

Со временем это превращается в систему динамических кэшей. 

После сна воспоминания становятся более прочными и долгосрочными. Во сне происходит извлечение сути: мы лучше запоминаем основные сюжеты событий, забывая несущественные детали (например, цвет рубашки человека, с которым вы вчера познакомились). Плюс новые знания встраиваются в уже существующую сеть старых воспоминаний.

Какие доказательства?
1. Уровень белков, отвечающих за силу синапса, в мозге крыс выше после бодрствования и ниже после сна. Считали количество AMPA-рецепторов (в частности, их субъединицы GluA1).
2. Электрический ответ коры мозга на стимуляцию у людей и животных увеличивается в течение дня и снижается после ночи сна. Речь про mEPSCs, почему они важны — есть в других упомянутых работах, но в целом данные получены на животных и на людях, и они показывают, что процесс происходит на уровне целых нейронных сетей.
3. С помощью микроскопии учёные наблюдали за синапсами в мозге живых мышей. Оказалось, во время бодрствования количество синаптических контактов (дендритных шипиков) растёт, а во время сна — уменьшается.
4. Глубокий сон (NREM) даёт медленные волны на электроэнцефалограмме. Есть данные, что что амплитуда этих волн показывает общую силу синаптических связей в коре мозга. Чем сильнее и синхроннее связи, тем выше волны. А теперь самое крутое — этот процесс может происходить локально. Например, если вы интенсивно тренировали правую руку, то во время сна активность медленных волн будет выше именно в той части моторной коры левого полушария, которая за эту руку отвечает.

Другая популярная теория говорит, что во сне мозг находит важные воспоминания и дополнительно их усиливает (а не ослабляет всё вокруг них). Авторы нашей работы рассуждают о том, что более простое объяснение тут — их модель отбора. Если что, в настоящей науке обычно это аргумент посильнее, чем кирпичом в лицо. В общем, теория очень крепко обоснована сильными учёными. 

-- 
Вступайте в ряды Фурье! Лучше всего от переедания помогает крепкий здоровый слон.