Глибокий сон допомагає формувати довготривалу пам'ять завдяки повільним хвиль, які роблять мозок особливо сприйнятливим до інформації. Німецькі вчені з Шаріте виявили, що ці хвилі посилюють синаптичні зв'язки, що сприяє ефективному перенесенню спогадів у довготривалу пам'ять. Результати дослідження можуть бути використані для лікування когнітивних порушень з використанням електричної або акустичної стимуляції.
Чому глибокий сон корисний для пам'яті
Вже майже 20 років відомо, що глибокий сон та повільні синхронні електричні хвилі у мозку сприяють формуванню спогадів. Чому це так, раніше було невідомо. Тепер, у статті, опублікованій у журналі Nature Communications, команда дослідників із Медичного університету Шаріте у Берліні пропонує пояснення.
Згідно з дослідженням, повільні хвилі створюють неокортекс, область довгострокової пам'яті, особливо сприйнятливої до інформації. Отримані результати можуть допомогти оптимізувати підходи до лікування, спрямовані на формування пам'яті ззовні.
Як формуються довготривалі спогади? Експерти вважають, що, поки ми спимо, наш мозок відтворює події дня, переміщуючи інформацію з області короткочасної пам'яті, гіпокампу, в область довгострокової пам'яті, розташовану в неокортексі.
Особливу роль у цьому процесі відіграють “повільні хвилі” – повільні синхронні коливання електричної напруги в корі головного мозку, що виникають під час фази глибокого сну. Їх можна виміряти за допомогою електроенцефалограми. за секунду.
“Ми вже багато років знаємо, що ці коливання напруги сприяють формуванню пам'яті”, – пояснює професор. Йорг Гейгер, директор Інституту нейрофізіології з Шаріте та керівник науковців, які нещодавно опублікували результати дослідження. “Коли повільний сон штучно посилюється ззовні, пам'ять покращується. Але досі ми не знали, що саме відбувається всередині мозку, коли це відбувається, тому що надзвичайно складно вивчати потоки інформації всередині людського мозку”, – додав професор.
Повільні хвилі зміцнюють синапси
Професор Гейгер та його команда використали неушкоджену тканину людського мозку, щоб прояснити процеси, які, швидше за все, лежать в основі формування пам'яті під час глибокого сну. Згідно з їхніми висновками, повільні електричні хвилі впливають на міцність синаптичних зв'язків між нейронами в неокортексі і, отже, на їхню сприйнятливість.
Група дослідників вивчила зразки неушкодженої тканини неокортексу, взяті у 45 пацієнтів, які перенесли нейрохірургічну операцію з лікування епілепсії або пухлини головного мозку в Шаріті, євангелічній клініці Вефіля та Університетському медичному центрі Гамбург-Еппендорф.
Дослідники змоделювали коливання напруги, характерні для повільних мозкових хвиль під час глибокого сну, та був виміряли реакцію нервових клітин. Для досягнення цього вони використовували скляні мікропіпетки, розташовані з точністю до нанометра. Щоб “прослуховувати” обмін даними між кількома нервовими клітинами, з'єднаними через тканину, вони використовували до десяти “щупалець-піпеток” одночасно – це дуже багато для цього методу, який відомий як техніка мультипатча.
Точний час сприяє формуванню пам'яті
Команда дослідників виявила, що синаптичні зв'язки між нейронами в неокортекс максимально посилюються в певний момент часу під час коливань напруги. “Синапси працюють найбільш ефективно відразу після підвищення напруги з низької до високої”, – пояснює Франц Ксавер Міттермайєр, науковий співробітник Інституту нейрофізіології в Шаріті і перший автор дослідження.
Протягом цього короткого проміжку часу можна вважати, що кора головного мозку перебуває в стані підвищеної готовності. Якщо мозок відтворює спогад саме в цей час, він особливо ефективно переноситься у довготривалу пам'ять. Таким чином, повільний сон, очевидно, сприяє формуванню пам'яті, роблячи неокортекс особливо сприйнятливим протягом багатьох періодів часу”, ─ пояснив учений.
Ці знання можуть бути використані для покращення пам'яті, наприклад, при легких когнітивних порушеннях у людей похилого віку. Дослідницькі групи по всьому світу працюють над методами використання тонких електричних імпульсів – транскраніальної електростимуляції – або акустичних сигналів для повільних хвиль під час сну.
“Однак в даний час ці методи стимулювання оптимізуються за допомогою проб і помилок, що є трудомістким процесом, що забирає багато часу”, – говорить Гейгер. “Наші висновки щодо ідеального вибору часу можуть допомогти у цьому. Тепер уперше вони дозволяють цілеспрямовано розробляти методи стимуляції для покращення формування пам'яті”.
