То, что медленные, синхронные электрические волны в мозге во время глубокого сна способствуют формированию воспоминаний, было установлено более 20 лет назад, но поэтому это так, ранее известно не было. Ученые из Берлинского университета Шарите предложили объяснение, которое может помочь оптимизировать подходы к лечению, направленные на поддержку формирования памяти извне. Результаты исследования описаны в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Эксперты считают, что во время сна наш мозг воспроизводит события дня, перемещая информацию из места «хранения» кратковременной памяти — гиппокампа, в долговременную, расположенную в неокортексе. Особое значение в этом процессе имеют «медленные волны»: синхронные колебания электрического напряжения в коре головного мозга, возникающие в фазе глубокого сна. Их можно измерить с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Волны возникают, когда электрическое напряжение во многих нейронах повышается и понижается одновременно раз в секунду.
Известно, что эти колебания напряжения способствуют формированию памяти: она улучшается, когда медленноволновой сон искусственно усиливается извне. Но до сих пор ученые не знали, что именно происходит в это время внутри мозга. Авторы нового исследования использовали неповрежденную ткань человеческого мозга, чтобы прояснить процессы, которые с большой вероятностью лежат в основе формирования памяти во время глубокого сна. Согласно полученным выводам, медленные электрические волны влияют на прочность синаптических связей между нейронами в неокортексе, а значит, и на их восприимчивость.
Ученые исследовали образцы неповрежденной ткани неокортекса от 45 пациентов, перенесших нейрохирургические операции по лечению эпилепсии или опухоли мозга. Исследователи смоделировали в ткани колебания напряжения, характерные для медленных мозговых волн во время глубокого сна, а затем измерили реакцию нервных клеток. Оказалось, что синаптические связи между нейронами в неокортексе максимально усиливаются в определенный момент: сразу после того, как напряжение меняется от низкого к высокому. В течение этого краткого промежутка времени 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, медленноволновой сон, очевидно, способствует формированию памяти, делая неокортекс особенно восприимчивым в течение многих коротких периодов времени.
Эти выводы могут быть использованы для улучшения памяти, например, при легких когнитивных нарушениях у пожилых людей. Ученые по всему миру работают над методами использования тонких электрических импульсов — транскраниальной электростимуляци или акустических сигналов для воздействия на медленные волны во время сна. Эти методы оптимизируются методом проб и ошибок, а полученные исследователями могут помочь в этом. Впервые будет возможно целенаправленно разрабатывать методы стимуляции для ускорения формирования памяти.
