Почему глубокий сон так важен для памяти? Ученым удалось увидеть ответ в микроскоп

Сон — это бесценный ресурс для здоровья, он не только поддерживает иммунную систему, но и оказывает положительное влияние на все системы организма. Нам уже известно, что во время глубокого сна в мозге происходят медленные синхронные электрические волны, которые способствуют формированию памяти. Однако, до сих пор не было понятно, как именно этот процесс осуществляется.

Ответ кроется во времени. Именно медленные мозговые волны являются ключевым элементом в этом сложном неврологическом процессе. Они делают неокортекс — часть мозга, отвечающую за долговременную память, особенно восприимчивой к новой информации. Результаты исследования, опубликованные 12 декабря в журнале Nature Communications, подробно описывают этот процесс.

Как формируются постоянные воспоминания

Ученые считают, что наш мозг воспроизводит события дня во время сна. Мозг перемещает информацию из гиппокампа, где хранятся кратковременные воспоминания, в неокортекс. В неокортексе они становятся долговременными воспоминаниями. Медленные волны играют ключевую роль в этом процессе.

Эти волны представляют собой устойчивые и одновременные колебания электрического напряжения в коре головного мозга, которые происходят во время глубокого сна. Их можно измерить с помощью теста, называемого электроэнцефалограммой (ЭЭГ). Волны также возникают, когда электрическое напряжение во многих нейронах одновременно повышается и понижается раз в секунду.

— Мы уже давно знаем, что эти колебания напряжения способствуют формированию памяти. Когда медленный сон стимулируется извне, память улучшается. Но до сих пор мы не знали, что именно происходит внутри мозга, потому что крайне сложно изучать потоки информации внутри человеческого мозга, — говорит Йорг Гайгер, соавтор исследования и директор Института нейрофизиологии в Берлинском университете имени Шарите в Германии.

Изучение неповрежденной ткани головного мозга

В новом исследовании команда ученых использовала крайне редкие неповрежденные ткани человеческого мозга. Они изучили неповрежденные образцы неокортекса, взятые у 45 пациентов, которые перенесли операцию по удалению опухоли головного мозга или эпилепсии в Университетском медицинском центре Гамбург-Эппендорф в Гамбурге, Германия. Они смоделировали колебания напряжения, характерные для медленных мозговых волн во время глубокого сна, в этих тканях. Затем они измерили реакцию нервных клеток с помощью стеклянных микропипеток, расположенных с точностью до нанометра. Чтобы «подслушать» сообщения между несколькими нервными клетками, соединенными через ткань, они использовали до десяти «щупов-пипеток» одновременно.

Десять «щупалец» для отслеживания глубокого сна: этот удивительный микроскоп сыграл важную роль в расшифровке эффектов медленных волн, характерных для сна. Оснащенный десятью стеклянными пипетками, которыми можно управлять с точностью до нанометра с помощью роботизированных манипуляторов, он может стимулировать и считывать электрическую активность такого же количества нервных клеток в подключенной ткани.

Команда обнаружила, что связи между нейронами в неокортексе значительно усиливаются в определенный момент времени во время колебаний напряжения.

— Синапсы работают наиболее эффективно сразу после того, как напряжение повышается с низкого до высокого уровня. В течение этого короткого промежутка времени кору головного мозга можно считать находящейся в состоянии повышенной готовности. Если в это время мозг воспроизводит воспоминание, оно особенно эффективно переносится в долговременную память, — сказал соавтор исследования и нейрофизиолог Франц Ксавер Миттермайер.

Этот медленный сон, вероятно, способствует формированию памяти, делая неокортекс, отвечающий за долговременную память, особенно восприимчивым в течение коротких промежутков времени.

Поиск способов улучшить память

По мнению исследователей, эти знания можно использовать для создания более эффективных методов лечения, улучшающих память. Несколько исследовательских групп по всему миру работают над методами использования слабых электрических импульсов, называемых транскраниальной электростимуляцией, 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. Наши выводы о правильном выборе времени могут помочь в этом. Теперь, впервые, они позволяют целенаправленно разрабатывать методы стимуляции для улучшения формирования памяти, — сказал Гейгер.

Ученые выяснили, что продолжительная умственная усталость может привести к истощению когнитивных ресурсов. Это, в свою очередь, может спровоцировать агрессивное поведение. О результатах исследования читайте в материале 56orb.