Wyobraź sobie, że jesteś studentem, trwa tydzień finałowy i przygotowujesz się do ważnego egzaminu: śpisz całą noc, czy odpoczywasz?
Wiele osób, które z zaspanymi oczami wpatruje się w test, wie, że brak snu może niezwykle utrudniać zapamiętywanie informacji.
Dwa nowe badania przeprowadzone na Uniwersytecie Michigan odkrywają, dlaczego tak się dzieje i co dzieje się w mózgu podczas snu oraz jego braku, co pomaga lub szkodzi w tworzeniu wspomnień.
Konkretne neurony można dostroić do określonych bodźców.
Na przykład szczury w labiryncie będą miały neurony, które zapalają się, gdy zwierzę dotrze do określonych miejsc w labiryncie. Neurony te, zwane neuronami miejsca, są również aktywne u ludzi i pomagają ludziom poruszać się po otoczeniu.
Ale co dzieje się podczas snu?
„Jeśli ten neuron reaguje podczas snu, co możesz z tego wywnioskować?” powiedział dr Kamran Diba, profesor nadzwyczajny anestezjologii w Szkole Medycznej UM.
Badanie, podsumowane w czasopiśmie Nature i prowadzone przez Dibę i byłego studenta studiów magisterskich, doktora Kourosha Maboudiego, przygląda się neuronom w hipokampie, strukturze w kształcie konika morskiego znajdującej się głęboko w mózgu, biorącej udział w tworzeniu pamięci, i odkryło sposób na wizualizację dostrojenie wzorców neuronowych związanych z lokalizacją, gdy zwierzę spało.
Rodzaj aktywności elektrycznej, zwany zmarszczkami fal ostrych, emanuje z hipokampa co kilka sekund przez wiele godzin, podczas stanów odpoczynku i snu.
Badaczy zaintrygowała synchronizacja tych zmarszczek i odległość, jaką przemieszczają się, najwyraźniej przekazując informacje z jednej części mózgu do drugiej.
Uważa się, że te wyładowania umożliwiają neuronom tworzenie i aktualizowanie wspomnień, w tym dotyczących miejsca.
Na potrzeby badania zespół zmierzył aktywność mózgu szczura podczas snu, gdy szczur przeszedł nowy labirynt.
Wykorzystując rodzaj wnioskowania statystycznego zwanego uczeniem bayesowskim, po raz pierwszy byli w stanie śledzić, które neurony zareagują na które miejsca w labiryncie.
„Powiedzmy, że neuron woli określony zakątek labiryntu. Możemy zauważyć, że neuron aktywuje się wraz z innymi neuronami, które wykazują podobne preferencje podczas snu. Czasami jednak neurony powiązane z innymi obszarami mogą współdziałać z tą komórką. Zobaczyliśmy to, kiedy po umieszczeniu go z powrotem w labiryncie preferencje lokalizacji neuronów zmieniały się w zależności od tego, z których komórek uruchamiały się podczas snu” – powiedział Diba.
Metoda ta umożliwia wizualizację plastyczności lub dryfu reprezentacji neuronów w czasie rzeczywistym.
Stanowi to również większe potwierdzenie długoletniej teorii, że reaktywacja neuronów podczas snu jest jednym z powodów, dla których sen jest ważny dla wspomnień.
Biorąc pod uwagę znaczenie snu, zespół Diby chciał przyjrzeć się temu, co dzieje się w mózgu w kontekście braku snu.
W drugim badaniu, również opublikowanym w czasopiśmie Nature, zespół kierowany przez Dibę i byłego studenta studiów doktoranckich Bapun Giri porównał stopień reaktywacji neuronów – czyli miejsce, w którym neurony, które wystrzeliły podczas eksploracji labiryntu, spontanicznie zapalają się ponownie w spoczynku. – oraz kolejność ich reaktywacji (określanej ilościowo jako powtórka) podczas snu i podczas jego utraty.
Odkryli, że wzorce odpalania neuronów zaangażowanych w reaktywację i odtwarzanie doświadczenia w labiryncie były wyższe podczas snu w porównaniu z okresem braku snu.
Brak snu odpowiadał podobnemu lub wyższemu współczynnikowi tętnienia fal ostrych, ale falom o niższej amplitudzie i mniejszym tętnieniom mocy.
„Jednak w prawie połowie przypadków reaktywacja doświadczenia labiryntu podczas fal ostrych została całkowicie stłumiona w wyniku braku snu” – stwierdziła Diba.
Dodał, że kiedy pozbawione snu szczury były w stanie nadrobić zaległości w czasie snu, chociaż reaktywacja nieznacznie wzrosła, nigdy nie była taka sama jak u szczurów, które spały normalnie. Co więcej, powtórka była podobnie zakłócona, ale nie została przywrócona po odzyskaniu utraconego snu.
Ponieważ reaktywacja i odtwarzanie są ważne dla pamięci, odkrycia wskazują na szkodliwy wpływ braku snu na pamięć.
Zespół Diby ma nadzieję w dalszym ciągu badać naturę przetwarzania pamięci podczas snu i powody, dla których należy je reaktywować, a także wpływ presji snu na pamięć.
Do dodatkowych autorów należą Hiroyuki Miyawaki, Caleb Kemere, Nathaniel Kinshy, Utku Kaya i Ted Abel.