Прошлые исследования в области неврологии показали, что, пока люди спят, мозг остается очень активным, консолидируя воспоминания и удаляя токсины, накопленные в часы бодрствования. В то время как консолидация памяти во время сна является широко задокументированным явлением, процессы, лежащие в ее основе, еще предстоит полностью выяснить.
Исследователи из Оксфордского университета, Еврейского университета в Иерусалиме и Медицинского центра Боннского университета недавно провели исследование, изучающее нейронные механизмы, с помощью которых мозг облегчает нейронную обработку и связь между нейронами во время сна. Их статья, опубликованная в Nature Neuroscience, раскрывает процессы, посредством которых последовательное развертывание определенных ритмов сна координирует консолидацию памяти, пока люди спят.
«Мы знаем, что наш мозг активно работает над укреплением воспоминаний, пока мы спим, но как именно это достигается, до сих пор плохо изучено», — сказал Бернхард Стерезина, один из исследователей, проводивших исследование.
«Несколько лет назад мы обнаружили, что некоторые из ключевых сигнатур сна («медленные колебания», «веретена» и «рябь») совпадают в гиппокампе, «центре памяти» мозга. Это было хорошим признаком того, что синхронизация этих ритмов сна может быть связана с консолидацией памяти. Чего не хватало, так это доказательств того, что они на самом деле влияют на скорость возбуждения нейронов, то есть на «твердую валюту» обучения и пластичности».
Чтобы исследовать нейронные основы нейронной обработки и коммуникации во время сна, Стерезина и его коллеги записали активность мозга 10 участников, когда они спали, используя технику, известную как внутричерепная электроэнцефалография (иЭЭГ). Эти участники были пациентами с эпилепсией, которым были имплантированы электроды в мозг в рамках лечения.
Пока пациенты спали, Стерезина и его коллеги одновременно записывали их ритмы сна и частоту возбуждения нейронов. Записи, которые они собрали, показали, что скорость стрельбы и нейронная связь действительно управляются медленными колебаниями, веретенами и рябью, как они предполагали.
«Мы регистрировали активность мозга в медиальной височной доле эпилепсии, области, которая, как известно, важна для памяти», — объяснила Стерезина. «Записи происходили во время естественного сна, без каких-либо экспериментальных манипуляций. Ключевым нововведением является то, что мы использовали специальные электроды для наших записей. Эти электроды не только записывают (стандартные) сигнатуры мозга (внутричерепная электроэнцефалограмма, иЭЭГ), но и специальные «микропровода» позволяют обнаруживать потенциалы действия отдельных нейронов и групп нейронов.
В то время как несколько предыдущих исследований регистрировали активность нейронов во время сна, большинство из них полагались на неинвазивные методы визуализации, которые проще в использовании, но они не дают такого глубокого понимания того, что происходит в мозге. Стерезина и его коллеги смогли записать более точные измерения, используя глубинные электроды, которые были имплантированы в мозг пациентов с резистентной к лечению эпилепсией в рамках их клинического лечения. Это в конечном итоге позволило команде определить, как эндогенные ритмы сна регулируют активность нейронов.
«Замечательно видеть, как мозг, казалось бы, предоставленный самому себе, тщательно регулирует возбуждение нейронов и коммуникацию, предположительно в интересах формирования памяти», — сказала Стерезина. «Он использует свой внутренний механизм мозговых ритмов, чтобы увеличить скорость возбуждения до такой степени, что могут быть созданы новые синапсы. Экспериментальная поддержка мозга в приведении этих мозговых ритмов в соответствие (например, с помощью целенаправленной инвазивной или неинвазивной стимуляции) имеет большие перспективы для борьбы с потерей памяти, наблюдаемой при здоровом старении или при нейродегенеративных заболеваниях».
Недавнее исследование, проведенное этой исследовательской группой, пролило новый свет на одну из самых увлекательных загадок мозга: как он консолидирует воспоминания во время сна. В будущем это может проложить путь для дальнейших исследований, изучающих процессы, которые он обнаружил, что потенциально может привести к новым захватывающим открытиям.
«Нам все еще нужно подтвердить типы памяти, которые выигрывают от связанных ритмов сна», — добавила Стерезина. «Это особенно ассоциативные воспоминания (например, запоминание названия недавней встречи), которые, как мы знаем, полагаются на гиппокамп? Или это все виды памяти и даже когнитивные функции, выходящие за рамки памяти (например, внимание, регуляция эмоций)? Параллельно мы сейчас изучаем неинвазивные средства для поддержки формирования памяти во время сна, давая эндогенным ритмам сна мозга мягкий толчок в нужные моменты».
