В 1994 году группа израильских ученых под руководством Ави Карни и Дова Саги провела ставшее широко известным исследование по выполнению задач, связанных с визуальным различением: испытуемые должны были определить форму заполненной полосами области, вспыхивающей на экране компьютера на определенном тестовом фоне. Они обнаружили, что скорость выполнения этой задачи по процедурному обучению возрастала не во время тренировки, но через восемь часов после ее завершения. Если при этом испытуемых будили во время фазы REM, у них не получалось освоить эту задачу, а вот если их будили во время медленного сна, выполнение ее никоим образом не ухудшалось.
После этого другие ученые не раз использовали эту израильскую методику и пришли к выводу, что для оптимального обучения необходима комбинация обоих типов сна, не только REM. Одно из исследований указывает на то, что выполнение новых задач в значительной мере улучшается, если мы получаем достаточную долю медленного сна в первую четверть ночи и достаточную долю сна быстрого — в последнюю четверть. Мэтью Уилсон обнаружил, что это же касается и крыс, и предположил, что во время медленного сна следы памяти удерживаются в гиппокампе для того, чтобы пройти необходимую обработку позднее, во время сна со сновидениями, в особенности во время фаз REM, наступающих во вторую половину ночи. Во время этих поздних стадий REM гиппокамп и соответствующие структуры лимбической системы, такие как миндалевидное тело (которое обрабатывает эмоциональную информацию), обмениваются данными с высокоуровневыми центрами в неокортексе, таким образом усиливая память и закрепляя усвоение.
Теория о том, что мозг во время фазы быстрого сна не только производит сновидения, но и осваивает новые знания, получила подтверждение и с помощью молекулярной биологии. В клетке содержится набор генов, каждый из которых выполняет в организме свои определенные функции. Когда гену надо выполнять предначертанную ему ДНК роль, он активируется, и теперь эту активность можно измерить. Эта измеряемая активность называется генной экспрессией, проявлением гена. Исследование, проведенное в 2002 году, обнаружило, что специфический ген, который проявляется у крыс, когда они в период бодрствования чему-то учатся, снова и очень сильно проявляется во время поздних фаз REM, а это указывает на то, что изменения на молекулярном уровне, связанные с обучением, происходят как раз в фазе быстрого сна. А если гиппокамп ввести в состояние бездействия, например с помощью анестезии, в неокортексе не наблюдается и связанной с обучением генной экспрессии.
