Зв’язок з пам’яттю, що означає гіпокамп і кору головного мозку
Менш точно пов'язана діяльність нервових клітин в гіпокампі та в корі головного мозку погіршує пам'ять.
Мозок працює весь час, вдень і вночі. Поки ми спимо, це гарантує, що те, що ми переживаємо протягом дня, залишається постійно доступним у нашій пам’яті. Цей процес відомий як консолідація. Консолідація вимагає якомога точнішого поєднання повільних ритмічних моделей нервової діяльності з швидкими моделями, особливо під час глибокого сну. Зараз вчені змогли показати, що люди похилого віку з поганою пам’яттю втратили це зв’язок.
Активний день і ніч
Мозок активний не тільки тоді, коли ми не спимо, але і коли ми спимо. Коли ми прокидаємось, взаємодія різних областей мозку гарантує нам можливість зорієнтуватися у світі, здійснювати дії та вражати навколишнє середовище. Під час сну переглянуте переглядається, упорядковується та закріплюється (або навіть забувається). Ось чому сон необхідний для тривалого зберігання та обміну нещодавно набутими знаннями і, отже, для навчання.
Важливість скоординованого спілкування між гіпокампом та корою головного мозку для пам'яті
Своєчасне спілкування між гіпокампом та корою головного мозку є центральним для обміну інформацією під час сну. Гіпокамп - це структура, розташована глибоко в мозку, що має важливе значення для швидкого, але короткочасного зберігання нещодавно набутих знань та повсякденного досвіду. Сон тепер дозволяє гіпокампу «тренувати» кору головного мозку, яка навчається повільніше, неодноразово реактивуючи вивчене і поступово записуючи це. Для того, щоб бути успішним, це "тренування" кори головного мозку вимагає точних термінів активності нервових клітин у задіяних областях мозку.
«Спостерігаючи за мозковою активністю випробовуваних під час сну, ми тепер змогли показати, що люди, які забувають більше, відрізняються від інших людей в одному суттєвому моменті. Активність нервових клітин в гіпокампі та в корі головного мозку менш точно пов'язана з більш забудькуватими людьми ". Це пояснює Біт Мюлрот, перша авторка дослідження та кандидат докторських наук у дослідницькому відділі психології розвитку Інституту розвитку людини (МПІБ).
Зробіть мозкову діяльність видимою в електроенцефалографії (ЕЕГ)
Дослідники можуть використовувати електроенцефалографію (ЕЕГ) для візуалізації активності мозку під час сну. ЕЕГ вимірює електричну активність, яку генерують нервові клітини під час їх діяльності. Фази неспання та сну характеризуються специфічними закономірностями ритмічної діяльності нервових клітин. Найбільш відмітною особливістю фаз глибокого сну є повільні ритми з частотою приблизно від 0,5 до 4 коливань в секунду, які поширюються майже по всій корі головного мозку. Ці так звані "повільні хвилі" дають змогу координувати обробку нервової інформації у великих частинах мозку. Це створює часові вікна, в яких гіпокамп може відновити спогади та оптимально засвоїти їх корою головного мозку.
Активація обміну інформацією між гіпокампом і корою головного мозку характеризується в ЕЕГ людини швидкою ритмічною активністю нервових клітин з частотою приблизно від 12 до 16 коливань в секунду. Через зовнішню схожість з веретенами, що використовуються для прядіння вовни, ці вібраційні візерунки також відомі як "сплячі веретена". Оптимальне «тренування» кори головного мозку гіпокампом можливо, коли веретена сну відбуваються саме в ті часи, коли повільні хвилі підготували нервові клітини кори головного мозку до ефективної обробки інформації.
Вивчення пам’яті, навчання та утримання
Зараз дослідницька група порівняла здатність до навчання та пам’яті 34 молодших випробовуваних у віці від 19 до 28 років та 41 старшого віку у віці від 63 до 74 років у тесті пам’яті, спеціально розробленому для цієї мети. Учасники провели ніч між навчанням та тестом на пам’ять наступного дня вдома. Портативна система ЕЕГ для сну реєструвала там активність нервових клітин під час сну. Крім того, в лабораторії вимірювали розмір і структуру пам’яті та ділянки головного мозку, що стосуються сну, за допомогою магнітно-резонансної томографії (МРТ).
Як і очікувалось, результати показали, що старші учасники в середньому забували більше, ніж молоді. Крім того, було показано, що суб’єкти з меншою ємністю пам’яті вночі під час фаз глибокого сну мали менш точне зв’язок між веретенами сну та повільними хвилями. Подібно до того, як людина, яка хлопає лише після удару, веретена сну пропустили оптимальний час для «тренування» кори головного мозку, так що закріплення нещодавно вивченого вмісту було менш успішним.
Вплив зчеплення двох ритмів нервових клітин
«Ми виявили, що зв’язок двох ритмів нервових клітин, як правило, зменшується з віком, а забудькуватість збільшується одночасно. У той же час це означає, що серед старших випробовуваних, які добре пройшли тести на пам'ять, також виявляли зв'язок, подібний до моделей молодших, - говорить Маркус Веркле-Бергнер, старший автор та керівник проектів Інституту розвитку людини імені Макса Планка.
У подальшому аналізі дослідницька група також змогла показати, що ступінь зв'язку між веретенами сну та повільними хвилями пов'язана зі структурою областей мозку, які беруть участь у їх генерації. Особливо це стосується гіпокампу та таламуса. На ці три регіони особливо сильно впливають процеси старіння.
Дослідники підозрюють, що старіння областей мозку, що стосуються сну та пам'яті, погіршує тривале зберігання нещодавно придбаного вмісту пам'яті. Наскільки вікові зміни поведінки сну та фізіології сну впливають на структурне старіння мозку в довгостроковій перспективі? Чи останні причинно відповідальні за помітні порушення сну у старшому віці? Майбутні дослідження прогресу повинні пролити світло на ці питання.
Muehlroth, B.E., Sander, M.C., Fandakova, Y., Grandy, T.H., Rasch, B., Shing, Y. L., & Werkle-Bergner, M. (2019). Точне сповільнення коливань і шпинделя сприяє консолідації пам'яті у молодих та старших дорослих. Наукові звіти, 9: 1940. doi: 10.1038/s41598-018-36557-z