Медленные электрические волны в мозге во время глубокого сна играют важную роль в запоминании информации. Недавнее исследование показало, что эти волны помогают определенной части мозга, отвечающей за долговременную память, лучше воспринимать новую информацию. Это открытие может проложить путь к более эффективным методам улучшения памяти в будущем.
Долговременные воспоминания формируются, когда мозг во время сна воспроизводит события, произошедшие в течение дня. Он переносит информацию из гиппокампа, где хранятся кратковременные воспоминания, в неокортекс, который отвечает за долговременные воспоминания. В этом процессе важную роль играют так называемые «медленные волны» — синхронизированные электрические колебания, возникающие в коре головного мозга во время глубокого сна. Эти волны можно измерить с помощью метода электроэнцефалографии (ЭЭГ), они возникают, когда электрическая активность нейронов синхронизируется и изменяется примерно раз в секунду.
Профессор Йорг Гайгер, директор Института нейрофизиологии в клинике Шарите, объясняет, что эти электрические колебания способствуют формированию памяти. Например, если медленный сон стимулируется извне, это может улучшить память. Однако ученым долгое время не удавалось понять, что именно при этом происходит в мозге, поскольку изучать внутреннюю работу мозга у людей является сложной задачей.
Исследователи использовали редкие неповрежденные образцы человеческого неокортекса, чтобы изучить процессы формирования памяти во время глубокого сна. Они взяли образцы у 45 пациентов после нейрохирургии и смоделировали медленные электрические волны, характерные для сна, а затем измерили реакцию нервных клеток с помощью стеклянных микропипеток. Для анализа взаимодействий между нейронами использовали до десяти микропипеток одновременно, — очень большое количество для этого метода, известного как мультипатчевая техника.
Группа исследователей выяснила, что в неокортексе синаптические связи между нейронами достигают максимальной силы в определенные моменты колебаний напряжения. Франц Ксавер Миттермайер, исследователь из Института нейрофизиологии Шарите и первый автор работы, поясняет, что синапсы работают наиболее эффективно сразу после того, как напряжение повышается с низкого до высокого уровня. В это краткое мгновение кора головного мозга оказывается в состоянии повышенной готовности, что позволяет эффективно переносить воспоминания в долговременную память. Таким образом, медленный сон способствует формированию памяти, обеспечивая повышенную восприимчивость неокортекса в течение многих коротких промежутков времени.
Эти открытия могут быть полезны для улучшения памяти, особенно в случаях легких когнитивных нарушений у пожилых людей. Исследовательские группы по всему миру занимаются разработкой методов, которые используют слабые электрические импульсы, такие как транскраниальная электростимуляция, или акустические сигналы для воздействия на медленные волны во время сна.
«Тем не менее на данный момент методы стимуляции оптимизируются с помощью проб и ошибок, что является трудоемким и длительным процессом, — отмечает Гейгер. — Наши результаты о том, в какое время лучше проводить такие процедуры, могут значительно помочь в этом. Впервые мы получили возможность целенаправленно разрабатывать методы стимуляции, направленные на улучшение формирования памяти».
Ранее стало известно, что глубокий сон может сыграть ключевую роль в сохранении здоровья мозга и ослабить симптомы болезни Альцгеймера. Исследование, проведенное среди когнитивно здоровых пожилых людей, показало, что участники с мозговыми изменениями, связанными с этим заболеванием, лучше справлялись с тестами на память благодаря более глубокому сну.