Более двадцати лет ученые знают о связи медленных, синхронных электрических волн головного мозга во время глубокого сна с формированием воспоминаний. Причины этой связи оставались неясными до недавнего времени. Группа исследователей из Берлинского университета Шарите… предложила Исследование показало, что медленные волны повышают чувствительность неокортекса, отвечающего за долговременную память, к новой информации.
Полученные данные могут способствовать усовершенствованию методов лечения, направленных на стимулирование запоминания. опубликована в журнале Nature Communications.
Во время сна мозг перерабатывает события дня, перемещая информацию из гиппокампа в неокортекс. «Медленные волны», синхронные колебания электрического напряжения головного мозга, играют важную роль в этом процессе. Их можно регистрировать с помощью ЭЭГ.
«Много лет известно, что эти колебания напряжения способствуют формированию памяти», – говорит профессор Йорг Гайгер, директор Института нейрофизиологии Шарите и руководитель исследования. «Когда медленноволновой сон искусственно усиливается, память улучшается. Но до сих пор неизвестно, что происходит в это время внутри мозга, потому что изучать потоки информации в человеческом мозге крайне сложно».
Исследователи применили неповрежденную ткань головного мозга человека для изучения процессов, скорее всего, лежащих в основе формирования памяти во время глубокого сна. Полученные результаты свидетельствуют о том, что медленные электрические волны воздействуют на прочность синаптических связей между нейронами неокортекса, а следовательно, и на их восприимчивость.
Исследователи проанализировали образцы неповрежденной ткани неокортекса у 45 пациентов, перенесших нейрохирургические операции по лечению эпилепсии или опухоли мозга. В образцах имитировались колебания напряжения, характерные для медленных мозговых волн во время глубокого сна, а затем измерялась реакция нервных клеток с помощью стеклянных микропипеток, установленных с точностью до нанометра. Для «прослушивания» коммуникации между множеством нервных клеток, соединенных через ткань, применялось до 10 «пипеток-щупов» одновременно.
Учёные выяснили, что связи между нервными клетками в неокортексе сильнее всего укрепляются в определенный момент во время колебаний напряжения. «Синапсы действуют наиболее эффективно сразу после перехода напряжения с низкого на высокое», — говорит Франц Ксавер Миттермайер, научный сотрудник Института нейрофизиологии и автор исследования. «В этот короткий промежуток 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, медленное движение во сне, вероятно, способствует формированию памяти, делая неокортекс особенно восприимчивым на протяжении многих коротких периодов времени.
Данные знания способны повысить эффективность обучения памяти, например, при легких когнитивных нарушениях у пожилых людей. Группы исследователей по всему миру разрабатывают способы применения слабых электрических импульсов – транскраниальной электростимуляции – или акустических сигналов для воздействия на медленные волны во время сна. «Однако сейчас эти методы совершенствуются методом проб и ошибок, что является долгим и трудоемким процессом», – утверждают ученые. «Наши выводы о лучшем времени могут помочь в этом вопросе. Теперь впервые они позволяют направленно разрабатывать методы стимуляции для ускорения формирования памяти».
[Фото: © Charité | Sabine Grosser]