Odkrycie ujawnia, w jaki sposób wybierane są trwałe wspomnienia

W ostatnich dziesięcioleciach neurobiolodzy wykazali, że niektóre codzienne doświadczenia są przekształcane przez mózg w trwałe wspomnienia podczas snu tej samej nocy. Nowe badanie sugeruje mechanizm określający, które wspomnienia są oceniane jako na tyle ważne, aby pozostać w mózgu, aby sen mógł utrwalić się.

Badanie przeprowadzone przez naukowców z Grossman School of Medicine na Uniwersytecie Nowojorskim dotyczy komórek mózgowych zwanych neuronami, które „odpalają” – czyli powodują wahania równowagi ich ładunków dodatnich i ujemnych – w celu przesyłania sygnałów elektrycznych kodujących wspomnienia. Duże grupy neuronów w obszarze mózgu zwanym hipokampem uruchamiają się razem w rytmicznych cyklach, tworząc w odstępie milisekund sekwencje sygnałów, które mogą kodować złożone informacje.

Nazywane „ostrymi kolcami”, te „krzyki” skierowane do reszty mózgu reprezentują niemal synchroniczne odpalanie 15 procent neuronów hipokampa, nazwane tak od kształtu, jaki przyjmują, gdy ich aktywność jest rejestrowana przez elektrody i rejestrowana na urządzeniu rejestrującym . Wykres.

Chociaż poprzednie badania powiązały fale z tworzeniem się pamięci podczas snu, nowe badanie opublikowano w Internecie w czasopiśmie Nauki 28 marca odkryto, że zdarzenia dzienne, po których bezpośrednio następuje od 5 do 20 ostrych skoków, częściej powtarzają się podczas snu, a następnie utrwalają się w trwałe wspomnienia. Wydarzenia, po których nastąpiły bardzo nieliczne lub żadne ostre skoki, nie utworzyły trwałych wspomnień.

„Nasze badanie wykazało, że ostre skoki fal to fizjologiczny mechanizm, którego używa mózg, aby zdecydować, co zatrzymać, a czego się pozbyć” – powiedział jeden z głównych autorów badania. Gyorgy Buzsaki, MD, PhDBiggs profesor neurologii w Katedra Neurologii i Fizjologii Na Uniwersytecie Nowojorskim Langone Health.

Idź i zatrzymaj się

Nowe badanie opiera się na dobrze znanym schemacie: ssaki, w tym ludzie, doświadczają świata przez kilka chwil, po czym zatrzymują się, potem doświadczają trochę więcej i ponownie robią pauzę. Autorzy badania twierdzą, że gdy zwrócimy na coś uwagę, obliczenia mózgu często przełączają się w „uśpiony” tryb ponownej oceny. Takie chwilowe przerwy zdarzają się przez cały dzień, ale dłuższe okresy spowolnienia zdarzają się podczas snu.

Buzsaki i współpracownicy wykazali wcześniej, że ostre skoki nie pojawiają się, gdy aktywnie badamy informacje zmysłowe lub gdy się poruszamy, ale tylko podczas przerw przed lub po. Niniejsze badanie wykazało, że skoki napięcia stanowią naturalny mechanizm znakowania podczas przerw po próbach przebudzenia, przy czym oznakowane wzorce neuronowe reaktywują się podczas snu po wykonaniu zadania.

Co ważne, wiadomo, że kolce składają się z „umieszczonych komórek” w hipokampie, strzelających w określonej kolejności, która koduje każde pomieszczenie, do którego wchodzimy, i każde ramię labiryntu, do którego wchodzi mysz. Jeśli chodzi o zapamiętane wspomnienia, te same komórki aktywują się z dużą szybkością, gdy śpimy, „odtwarzając zarejestrowane wydarzenie tysiące razy w ciągu nocy”. Proces ten wzmacnia wiązania pomiędzy zaangażowanymi komórkami.

W bieżącym badaniu kolejne labirynty wykonywane przez badane szczury były śledzone za pomocą elektrod przez populacje komórek hipokampa, które stale zmieniają się w czasie pomimo zarejestrowania bardzo podobnych prób. To ujawniło po raz pierwszy labirynt, w którym zmarszczki pojawiają się podczas ustania czuwania, a następnie odnawiają się podczas snu.

Ostre skoki były zwykle rejestrowane, gdy mysz zatrzymywała się, aby po każdym przejściu labiryntu delektować się słodkim smakołykiem. Autorzy twierdzą, że konsumpcja nagród przygotowuje mózg do przejścia z trybu eksploracyjnego do trybu siedzącego, co może spowodować wystąpienie ostrych skoków.

Używając dwustronnych sond silikonowych, zespół badawczy był w stanie zarejestrować jednocześnie do 500 neuronów w hipokampie zwierząt podczas biegu przez labirynt. To z kolei stwarza wyzwanie, ponieważ dane stają się bardzo złożone w miarę niezależnego rejestrowania większej liczby neuronów. Aby uzyskać intuicyjne zrozumienie danych, wizualizować aktywność neuronów i generować hipotezy, zespołowi udało się zmniejszyć liczbę wymiarów w danych, na przykład przekształcając obraz 3D w obraz płaski, bez utraty integralności obrazu. dane.

„Wyjęliśmy z równania świat zewnętrzny i przyjrzeliśmy się mechanizmom, dzięki którym mózg ssaków z natury i podświadomości zaznacza niektóre wspomnienia, aby stały się trwałe” – powiedział pierwszy autor, dr Wan'an (Winnie) Yang, absolwent student Uniwersytetu Buzaki. laboratorium. „Dlaczego taki system wyewoluował, pozostaje tajemnicą, ale przyszłe badania mogą ujawnić urządzenia lub terapie, które będą w stanie wyciszyć ostre skoki fal, aby poprawić pamięć, a nawet zmniejszyć przypominanie sobie traumatycznych wydarzeń”.

Wraz z dr. Buzsacki i Yang, autorzy badania z Neuroscience Institute na Uniwersytecie Nowojorskim w Langone Health, to Roman Huzar i Thomas Haenmueller. Autorem był także Kirill Kiselev z Centrum Neuronauki Uniwersytetu Nowojorskiego, podobnie jak Chen Sun z MILA, Instytutu Sztucznej Inteligencji w Quebecu w Montrealu. Prace finansowano z grantów Narodowego Instytutu Zdrowia R01MH122391 i U19NS107616.