Nature Communications: Вот почему глубокий сон так полезен для памяти

Уже почти 20 лет известно, что медленные, синхронные электрические волны в мозге во время глубокого сна способствуют формированию воспоминаний. Почему так происходит, ранее было неизвестно. Теперь группа исследователей из Берлинского университета Шарите предлагает свое объяснение.

Согласно исследованию, медленные волны делают неокортекс, где хранится долговременная память, особенно восприимчивым к информации. Полученные результаты могут помочь оптимизировать подходы к лечению, направленные на поддержку формирования памяти извне.

Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Как формируются долговременные воспоминания? Эксперты считают, что во время сна наш мозг воспроизводит события дня, перемещая информацию из места кратковременной памяти, гиппокампа, в долговременную память, расположенную в неокортексе. Особое значение в этом процессе имеют «медленные волны»: медленные синхронные колебания электрического напряжения в коре головного мозга, возникающие в фазе глубокого сна. Их можно измерить с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Волны возникают, когда электрическое напряжение во многих нейронах повышается и понижается одновременно раз в секунду.

Мы уже много лет знаем, что эти колебания напряжения способствуют формированию памяти, — объясняет профессор Йорг Гайгер, директор Института нейрофизиологии в Шарите и руководитель недавно опубликованного исследования.

Когда медленноволновой сон искусственно усиливается извне, память улучшается. Но до сих пор мы не знали, что именно происходит внутри мозга, когда это происходит, потому что изучать потоки информации внутри человеческого мозга крайне сложно.

Медленные волны укрепляют синапсы

Теперь он и его команда использовали неповрежденную ткань человеческого мозга, что встречается крайне редко, чтобы прояснить процессы, которые с большой вероятностью лежат в основе формирования памяти во время глубокого сна. Согласно их выводам, медленные электрические волны влияют на прочность синаптических связей между нейронами в неокортексе — а значит, и на их восприимчивость.

Для своего исследования команда ученых изучила образцы интактной ткани неокортекса, взятые у 45 пациентов, перенесших нейрохирургические операции по лечению эпилепсии или опухоли мозга в клинике Шарите, Евангелическом клинике Бетел (Evangelisches Klinikum Bethel, EvKB) или Университетском медицинском центре Гамбург-Эппендорф (UKE). Исследователи смоделировали в ткани колебания напряжения, характерные для медленных мозговых волн во время глубокого сна, а затем измерили реакцию нервных клеток.

Для этого они использовали стеклянные микропипетки, расположенные с точностью до нанометра. Чтобы «прослушать» коммуникации между множеством нервных клеток, соединенных через ткань, они использовали до десяти „пипеток-щупов“ одновременно — чрезвычайно большое число для этого метода, который известен как техника мультипатчей.

Идеальное время способствует формированию памяти

Команда исследователей обнаружила, что синаптические связи между нейронами в неокортексе максимально усиливаются в совершенно определенный момент времени во время колебаний напряжения.

Синапсы работают наиболее эффективно сразу после того, как напряжение повышается от низкого к высокому, — объясняет Франц Ксавер Миттермайер, научный сотрудник Института нейрофизиологии в Шарите и первый автор исследования.

В течение этого короткого промежутка времени кора головного мозга находится в состоянии повышенной готовности». Если мозг воспроизводит воспоминание именно в это время, оно переносится в долгосрочную память особенно эффективно». Таким образом, медленноволновой сон, очевидно, способствует формированию памяти, делая неокортекс особенно восприимчивым в течение многих коротких периодов времени».

Эти знания могут быть использованы для улучшения памяти, например, при легких когнитивных нарушениях у пожилых людей. Исследовательские группы по всему миру работают над методами использования тонких электрических импульсов — транскраниальной электростимуляции — или акустических сигналов для воздействия на медленные волны во время сна.

Однако сейчас эти методы стимуляции оптимизируются методом проб и ошибок, что является трудоемким и длительным процессом, — говорит Гейгер.

Наши выводы об идеальном времени могут помочь в этом деле. Теперь, впервые, они позволяют целенаправленно разрабатывать методы стимуляции для ускорения формирования памяти.

Ранее ученые заметили, что у женщин средних лет память лучше, чем у мужчин той же возрастной группы.

12.12.2024