Во время сна нейроны мозга обрабатывают информацию, полученную в прошлом. Ученые из США выяснили, что эти клетки также способны предвосхищать, каким будет образ окружающего мира с учетом новых знаний.
Согласно предыдущим исследованиям, сон играет важную роль в обучении, потому что помогает мозгу формировать воспоминания. В основном именно во время сна информация из кратковременной памяти переходит в долговременную. Однако отдых позволяет мозгу не только анализировать события прошлого, но и «прогнозировать», как они повлияют на будущее.
Исследователи из Мичиганского университета, Висконсинского университета в Милуоки и Университета Райса (все — в США) провели эксперимент с участием крыс и изучили активность нейронов в гиппокампе — области мозга, которая имеет ключевое значение для работы памяти. Результаты научной работы опубликовал журнал Nature.
Крыс обучили бегать назад и вперед по рельефной дорожке, на обоих концах которой животные получали вознаграждение. Во время обучения экспериментаторы наблюдали, как ведут себя отдельные нейроны в гиппокампе. Им удалось определить, за какие части маршрута и окружающей среды в целом отвечали конкретные клетки мозга.
С помощью машинного обучения исследователи связали активность каждого нейрона с активностью остальных и таким образом смогли оценивать «зону ответственности» клеток даже тогда, когда крысы не двигались и не взаимодействовали с конкретной средой. Этот метод стал главным нововведением работы: авторы предыдущих исследований рассматривали поведение нейронов до и после сна, но не могли отследить, как обрабатывается информация о конкретном месте или маршруте непосредственно во время отдыха.
Новая работа подтвердила, что представления о пространстве, которые формируются во время знакомства со средой, для большинства нейронов сохраняются на несколько часов сна после получения опыта. Но нервные клетки гиппокампа не только обрабатывают и «кристаллизуют» информацию о том, что уже было пережито, но и формируют новый взгляд на объект воспоминаний.
Исследователи объяснили выявленный механизм через пример из жизни человека: «Многим знакома ситуация, когда просыпаешься с новым видением проблемы, понимаешь ее иначе, чем до отдыха». По их словам, поведение крыс на дорожке после сна действительно отражало то, чему животные научились во время отдыха, а не до него: «Это выглядело так, будто крысы во время сна еще раз изучили пространство, в котором находились перед отдыхом».