Универсальный режим сна может помочь укрепить и разделить воспоминания

Фото из открытых источников

Хотя мы знаем, что сон необходим для нашего физического и психического благополучия, с научной точки зрения он остается невероятно загадочным поведением. Однако исследователи из Мичиганского университета (UM), возможно, разработали новую гипотезу, объясняющую одну из надвигающихся загадок сна. Работа опубликована в журнале PLOS Computational Biology.

Все живые существа, которые спят, по-видимому, следуют одной и той же базовой схеме. Из бодрствования организмы переходят к повторяющемуся циклу сна с низкой мозговой активностью, за которым следует стадия, когда наш мозг работает усерднее, среди прочего, создавая яркие сны. Глаза человека также танцуют за нашими веками во время этой стадии высокой активности, поэтому ее называют сном с быстрым движением глаз (БДГ).

Хотя есть несколько заметных исключений, включая людей, страдающих нарколепсией, и людей, которые не спали в течение нескольких дней, этот повторяющийся цикл сна от медленного к быстрому чрезвычайно распространен в животном мире.

«Эволюционно это так сохранилось и так повсеместно распространено среди видов», — сказала профессор Сара Атон из UM. «Это означает, что, вероятно, есть что-то действительно важное в этом конкретном порядке сна. И он никогда не идет в обратном направлении, если только что-то действительно не испортит систему».

Однако ученым не хватало удовлетворительного объяснения биологической функции этого практически универсального явления. Теперь исследователи UM во главе с Атоном и Михалом Зоховски выдвинули гипотезу, основанную на экспериментальных наблюдениях за мышами и компьютерном моделировании нейронных цепей мозга.

Эта гипотеза утверждает, что если бы воспоминания были кустарниками, то фаза сна без быстрого сна помогала бы им расти выше и сильнее. Затем фаза быстрого сна подрезает их, сохраняя их форму и четкость, и не давая им перекрываться и перерастать друг в друга.

«Это работает только в том случае, если у вас есть эта последовательность. Если вы идете в обратном направлении и сначала идет REM, он все отсекает. Тогда не остается никаких воспоминаний», — сказал Атон. «В правильной последовательности вы закрепляете то, что нужно закрепить. Затем вступает REM, чтобы отсечь перекрывающиеся части несвязанных воспоминаний».

На мышах исследователи могли наблюдать влияние сна на запоминание простых экспериментов по условию. У людей, сказал Зоховски, это может иметь знакомые последствия в нашей повседневной деятельности.

«Допустим, у вас три встречи в день. Мы знаем, что вы лучше запомните эти встречи после хорошего ночного сна», — сказал Зоховски. «Теперь, похоже, что во время не-БДГ-сна вы укрепляете свою память о каждой встрече. Но вам также нужно помнить, кто что сказал и во время какой встречи. БДГ-фаза отделяет это друг от друга».

Под руководством команды Атона исследователи в ходе последних экспериментов наблюдали за мозгом мышей, чтобы определить, какие части гиппокампа активны во время разных фаз сна, следуя простому сценарию обусловливания.

Мышей перемещали из их домашних вольеров в новую среду, и после пары минут исследования они получали небольшой удар током по ногам. Была также контрольная группа мышей, которые не испытывали подобных неприятных ощущений. Это позволило исследователям сравнить активность мозга спящих мышей во время циклов REM и не REM, у которых была и не была сформирована ассоциация между новым пространством и ударом током.

Но исследователи пока не могут сосредоточиться на всех отдельных нейронах, кодирующих определенные воспоминания, с помощью доступных методов, поэтому именно здесь вмешалось моделирование команды, чтобы помочь завершить картину. Модель была разработана группой Зоховски и рассматривает вновь закодированные воспоминания как изменения в активности нейронов в цепях, подчиненных среде мозга, где биохимическое вещество под названием ацетилхолин модулирует их активность.

«Мы можем фактически смоделировать и определить, какие нейроны активируются событием обучения», — сказал Атон. «Мы можем смоделировать это, и мы можем смоделировать изменения, которые происходят в отношении ацетилхолина, когда животное проходит через разные стадии сна».

Также есть два типа нейронов: возбуждающие, которые имеют тенденцию стимулировать своих соседей, и тормозящие, которые подавляют активность других. Объединив эту динамику с реальными данными об активности мозга и уровнях ацетилхолина во время различных фаз сна, модель помогла выявить выводы, которые ранее были недоступны.

Хотя исследователи воодушевлены результатом, они подчеркнули, что это не последнее слово по этому вопросу. Их модель цепи представляет собой упрощенное представление мозга, а эксперименты команды проверяли относительно простые сценарии памяти. Таким образом, гипотеза может измениться или развиться, поскольку исследователи подвергают ее более сложным тестовым случаям и предоставляют ей новые и различные типы данных.

«То, что у нас есть сейчас, — это исследование, которое говорит: «Посмотрите, вот что может происходить», — сказал Зоховски. «Теперь нам нужно доказать, что модель связана с реальностью».