Защо дълбокият сън е полезен за паметта?
От близо 20 години е известно, че бавните, синхронни електрически вълни в мозъка по време на дълбок сън подпомагат формирането на спомени. Защо е така, досега не беше известно. Сега, пишейки в списанието Nature Communications, екип от изследователи от Charité – Universitätsmedizin Berlin дават обяснение. Според проучването бавните вълни правят неокортекса (местоположението на дългосрочната памет) особено възприемчив към информация. Констатациите могат да помогнат за оптимизиране на подходите за лечение, които са предназначени да поддържат формирането на памет отвън.
Как се формират постоянните спомени?
Експертите смятат, че докато спим, мозъците ни възпроизвеждат събитията от деня, премествайки информация от местоположението на краткосрочната памет, хипокампуса, към дългосрочната памет, разположена в неокортекса. „Бавните вълни“ са особено ключови за този процес. Бавни, синхронни трептения на електрическото напрежение в кората, които се случват по време на фазата на дълбок сън. Те могат да бъдат измерени с помощта на електроенцефалограма (ЕЕГ). Вълните възникват, когато електрическото напрежение в много неврони се повишава и спада едновременно веднъж в секунда
„От много години знаем, че тези колебания на напрежението допринасят за формирането на паметта“, обяснява проф. Йорг Гайгер, директор на Института по неврофизиология в Шарите и ръководител на новопубликуваното проучване. „Когато бавният сън е изкуствено увеличен отвън, паметта се подобрява. Но това, което не знаехме досега, беше какво точно се случва в мозъка, когато това се случи, защото е изключително трудно да се изследват потоците от информация вътре в човека мозък.“
Бавните вълни укрепват синапсите
Той и неговият екип сега са използвали непокътната човешка мозъчна тъкан, което е изключително рядко, за да изяснят процесите, които е много вероятно да са в основата на формирането на памет по време на дълбок сън. Според техните открития бавните електрически вълни влияят на силата на синаптичните връзки между невроните в неокортекса. Както и по този начин на тяхната възприемчивост.
За своето изследване екипът от изследователи изследва интактни неокортикални тъканни проби, взети от 45 пациенти, които са претърпели неврохирургия за лечение на епилепсия или мозъчен тумор в Charité, болницата Evangelisches Klinikum Bethel (EvKB) или Университетския медицински център Хамбург-Епендорф (UKE ). Изследователите симулираха колебанията на напрежението, типични за бавните мозъчни вълни по време на дълбок сън в тъканта и след това измериха реакцията на нервните клетки. За да постигнат това, те използваха стъклени микропипети, позиционирани точно до нанометъра. За да „слушат“ комуникациите между множество нервни клетки, свързани през тъканта, те са използвали до десет „пипетни пипети“ наведнъж. Което е много голям брой за този метод, който е известен като техниката на мултипач.
Идеалното време допринася за формирането на паметта
Екипът от изследователи откри, че синаптичните връзки между невроните в неокортекса са максимално засилени в много специфичен момент от време по време на колебанията на напрежението.
„Синапсите работят най-ефективно веднага след като напрежението се повиши от ниско до високо“, обяснява Франц Ксавер Митермайер, изследовател в Института по неврофизиология в Шарите и първият автор на изследването. „По време на този кратък времеви прозорец кортексът може да се счита за поставен в състояние на повишена готовност. Ако мозъкът възпроизведе спомен точно в този момент, той се прехвърля в дългосрочната памет особено ефективно. Така че, бавно -вълновият сън очевидно поддържа формирането на памет, като прави неокортекса особено възприемчив за много кратки периоди от време.”
Това знание може да се използва за подобряване на паметта, например при леки когнитивни увреждания при възрастни хора. Изследователски групи по света работят върху методи за използване на фини електрически импулси. Те са транскраниална електростимулация – или акустични сигнали за повлияване на бавните вълни по време на сън.
„В момента обаче тези подходи за стимулиране се оптимизират чрез проба и грешка, което е трудоемък и отнемащ време процес“, казва Гайгер. “Нашите открития за идеалното време биха могли да помогнат с това. Сега, за първи път, те позволяват целенасочено разработване на методи за стимулиране за стимулиране на формирането на паметта.”
Бавни мозъчни вълни
Бавните вълни или бавните трептения са вид електрически вълни, възникващи в мозъка по време на дълбок сън. “Делта” вълните включват определен честотен диапазон, който се показва в ЕЕГ. Това са бавни мозъчни вълни, които могат да възникнат и извън съня, като част от заболяване или разстройство. Този по-широк термин понякога се използва като синоним на термина “бавни вълни”.
Когато се извършва операция за резистентна към лекарства епилепсия или мозъчни тумори, често е медицинско необходимо да се отстранят малки фрагменти от неокортекса. Резектираната тъкан може да се запази до два дни извън тялото в изкуствен хранителен разтвор, преди да спре дейността. Необходимо е изричното съгласие на пациентите, за да се изследва тази ценна тъкан за изследването, което току-що беше публикувано. Изследователската група е дълбоко благодарна на пациентите за тяхното съгласие. Проучването е проведено в тясно сътрудничество между основните изследвания и клиничните рамена на Charité и Университетската клиника по неврохирургия в Evangelisches Klinikum Bethel (EvKB) в Билефелд и Отделението по неврохирургия в Университетския медицински център Хамбург-Епендорф (UKE).
Под ръководството на Института по неврофизиология от страна на Шарите бяха включени следните:
- Катедрата по неврохирургия,
- Катедрата по неврология с експериментална неврология,
- Институтът по интегративна невроанатомия,
- Центърът за изследване на невронауките,
- Клъстерът за отлични постижения NeuroCure,
- Отделът на Детска неврохирургия и Катедрата по детска еврология.
