Електрическите вълни в мозъка по време на сън създават спомени

Екип изследователи от Медицинския университет „Шарите“ в Берлин, Германия, дава обяснение защо бавните, синхронни електрически вълни в мозъка подпомагат създаването на спомени. Това е известно от няколко десетилетия, но липсва отговор на въпроса, защо се случва. Както става ясно от резултатите на изследването, екипът на проф. Йорг Гайгер, който е директор на Института по неврофизиология в „Шарите“, бавните вълни правят неокортекса (мястото на дългосрочната памет) особено възприемчив към информацията.

Проучването

Изследователите използват непокътната човешка мозъчна тъкан, за да изяснят онези процеси, които много вероятно са в основата на формирането на памет по време на дълбок сън.

За целта на научната разработка екипът проучва цялостна и непокътната тъкан от мозъчната кора. Пробите са взети от 45 души, които претърпяват неврохирургични процедури за лечение на епилепсия или на мозъчен тумор от „Шарите“, от Университетската клиника по неврохирургия на Евангелската болница Бетел и от Клиниката по неврохирургия в Университетската болница Хамбург-Епендорф. Тъканта, която се взема по време на тези операции, оцелява извън тялото в изкуствен хранителен разтвор до два дни и именно в този период може да бъде използвана за изследвания. В случая пробите са взети, след като екипът получава изричното съгласие на пациентите.

Учените стимулират в тъканта колебанията на напрежението, които са типични за бавните мозъчни вълни по време на дълбок сън. Симулират колебанията на напрежението в тъканта, които са характерни за бавните вълни по време на дълбок сън, а след това измерват реакцията на нервните клетки.

За да се справят с подобно предизвикателство, използват стъклени микропипети, които закачат върху отделни нервни клетки с точност до нанометър. Така за да успеят „да чуят“ контакта и начина на общуване между няколко неврона, свързани през тъканта, те използват десет пипетни сензора едновременно. Това е особено голям брой за метода, известен като техниката на мултипач.

„Знаем от много години, че тези колебания на напрежението допринасят за формирането на паметта. Ако подсилите изкуствено отвън бавния сън, то производителността на паметта се подобрява. Досега обаче не знаехме какво точно се случва в мозъка, тъй като информационните потоци в човешкия мозък са изключително трудни за изследване“, разяснява проф. Йорг Гайгер.

Резултатите

Един от важните резултати в настоящото изследване, публикувано в специализираното списание Nature Communications, е свързано с констатацията, че синаптичните връзки между невроните в мозъчната кора са максимално засилени в много специфичен момент. И това се случва по време на колебанията на напрежението.

„Синапсите работят най-ефективно веднага след като напрежението се повиши от ниско до високо ниво. В рамките на този времеви прозорец мозъчната кора по същество е поставена в състояние на повишена готовност. И ако мозъкът възпроизведе спомен в момента, той се прехвърля в дългосрочната памет изключително ефективно“, обяснява Франц Митермайер от Института по неврофизиология на „Шарите“ и водещ автор на изследването.

>>>Подробна карта на връзките между хипокампуса и останалата част от мозъка може да промени разбирането за паметта

Очевидно сънят с бавни вълни поддържа формирането на паметта като прави мозъчната кора особено възприемчива, но за много кратки периоди от време.

За ползата от изследването

Човешкият мозък продължава да крие множество тайни, независимо от огромния напредък на медицината. Една от тях е затова как се създават трайни спомени. До настоящото изследване се приема, че мозъкът възпроизвежда събитията от деня и го прави докато човек спи. В този период премества информация от седалището на краткосрочната памет към дългосрочната. Така наречените бавни вълни играя особено важна роля в този процес на формиране на паметта. Тези синхронни и бавни вълни на възбуждане на мозъчната кора, резултат от електрическото напрежение на много нервни клетки едновременно, които извършват колебливи движения нагоре и надолу веднъж в секунда, се измерват с помощта на електроенцефалограма.

Настоящото изследване прави крачка напред и показва, че бавните вълни на възбуждане влияят върху силата на синаптичните връзки между нервните клетки в мозъчната кора и по този начин и върху капацитета на възприемане.

Информацията от проучването може да бъде използвана за подобряване работата на паметта. Например, когато забравянето започне с напредването на възрастта.

>>>3D реконструкция на мозъка показва детайлно клетки и невронни връзки

Множество научни групи в света работят активно върху създаването на методи, свързани с влияние на бавните вълни по време на сън с помощта на фини електрически импулси или акустични сигнали. Според проф. Йорг Гайгер техните открития за идеалното време са в състояние да помогнат, защото: „За първи път те дават възможност за специално разработване на методи, които стимулират ускоряването на процесите за формирането паметта.“