Зачем мы спим треть нашей жизни? На эту тему существует множество научных теорий, гипотез и предположений. Исследователи мозга развивают, пожалуй, самую интригующую теорию о том, что мозг использует сон для запоминания наиболее важных событий, которые произошли днем. Но в отличие от сознательной деятельности во время бодрствования, во сне мозговая активность бессознательная. И как в этом случае отбирается значимая информация для долговременного хранения? На этот вопрос пытаются ответить нейробиологи при помощи различных экспериментальных методов, позволяющих «заглянуть» внутрь мозга.
В серии исследований, проведенных под руководством доктора Сюзан Сары (Susan Sara) в одном из университетов Парижа, мы изучали, как обучение влияет на активность мозга во время медленноволнового сна, на долю которого приходится 75% ночного сна. Этот проект был интересен еще и тем, что исследования проводились параллельно на животных и человеке совместно с немецкими коллегами из лаборатории Яна Борна (Jan Born). Нас интересовала синхронная активность большого числа нервных клеток, так как именно одновременное возбуждение нейронов лежит в основе формирования прочного следа памяти. Группа нейронов с синхронной активностью образует нейронный ансамбль, который кодирует определенную информацию. При повторной активации такого нейронного ансамбля эта информация извлекается из долговременной памяти.
В нашем первом исследовании (Eschenko et al., 2006) мы обнаружили, что у крыс, точно так же, как у людей (Gais, et al. 2002), во время сна после сеанса ассоциативного обучения увеличивается число сонных веретен – периодических колебаний в диапазоне 11-15 Гц, которые возникают из-за синхронных разрядов нейронов таламу-са и коры. Мы создали для крыс ситуацию, похожую на ту, которая использовалась для людей. Вместо ассоциаций между словами крысы формировали связь между определенным запахом и возможностью получить вкусную еду. Всего за пять попыток крысы выясняли закономерность и безошибочно находили еду, ориетнируясь на запах-подсказку. Крысы надолго запоминали выученное правило и успешно его использовали спустя день или даже неделю. Это наблюдение позволило изучать не только процесс запоминания, но и хранения и воспроизведения памяти. После сеанса обучения мы помещали крысу в «спальню» на несколько часов, где регистрировали активность мозга. Оказалось, что эффект более частого появления сонных веретен зависел от количества новой информациии, полученной во время теста. В случае, когда крысам предстояло обучиться новой задаче, длительность эффекта достигала двух часов, а после выполнения ранее выученной задачи повышенная активность не превышала получаса.
В следующей работе мы наблюдали активность в гип-покампе, структуре мозга, которая необходима для запоминания новой информации. В гиппокампе во время сна наблюдаются короткие вспышки высокочастонных колебаний в диапазоне 100-200 Гц, во время которых синхронно активируются несколько тысяч нейронов. Наши эксперименты продемонстрировали, что число таких вспышек активности увеличивается после обучения (Eschenko et al., 2008). Однако крысы очень легко распознают запахи, и для более детального исследования этого феномена мы предложили им задачу посложнее. Животным предстояло запомнить в лабиринте три места подкрепления из восьми возможных. При этом в каждой попытке еда давалась только один раз. Поэтому, чтобы не совершать ошибок, крыса должна была помнить, где распологаются полные и пустые кормушки. На оптимальный поиск крысам потребовалось 10 дней, в течение которых мы регистрировали активность мозга после каждого сеанса обучения. Оказалось, чем больше было вспышек синхронной активности в гиппокампе, тем более точно крыса находила кормушки на следующий день. В этой работе нам удалось впервые выявить нейронный индикатор памяти (Ramadan, et al., 2009).
Усиление синхронной активности после обучения объясняется тем, что клетки мозга, которые активно работали во время обучения, продолжают быть активными во время сна, создавая условия для закрепления информации. Так, житейская мудрость «утро вечера мудренее», напоминающая о том, что не следует всю ночь сидеть над учебниками перед экзаменом, а лучше хорошо выспаться, находит научное объяснение.
Eschenko O, Mölle M, Born J, Sara SJ (2006) Elevated sleep spindle density after learning or after retrieval in rats. J Neurosci 26: 12914–20.
Gais S, Mölle M, Helms K, Born J (2002) Learning-dependent increases in sleep spindle density. J Neurosci 22: 6830–4.
Eschenko O, Ramadan W, Mцlle M, Born J, Sara SJ (2008) Sustained increase in hippocampal sharp-wave ripple activity during slow-wave sleep after learning. Learning & Memory 15: 222–228.
Ramadan W, Eschenko O, Sara SJ (2009) Hippocampal Sharp Wave/ Ripples during Sleep for Consolidation of Associative Memory. PLoS ONE 4(8): e6697. doi:10.1371/ journal.pone.0006697.
Загрузка...