Глубокая стимуляция мозга во сне укрепляет память
Исследование ученых из Калифорнийского университета Лос-Анджелеса и Тель-Авивского университета впервые показало, какие физиологические процессы происходят в мозге, когда во время сна он перестраивает и закрепляет воспоминания.
Исследование показывает, как стимуляция глубоких отделов мозга во время сна может помочь пациентам с нарушениями памяти, такими как болезнь Альцгеймера, говорит соавтор работы Ицхак Фрид.
Согласно доминирующей сегодня теории, мозг преобразует новую информацию в долгосрочные воспоминания во время сна. В это время происходит ночной диалог между гиппокампом — центром памяти мозга — и корой головного мозга, которая связана с высшими когнитивными функциями, такими как рассуждение и планирование. Это происходит во время фазы глубокого сна, когда мозговые волны особенно медленные, а нейроны в разных областях мозга чередуют быстрое синхронное срабатывание и тишину.
«Это первое серьезное доказательство на уровне отдельных нейронов, что действительно существует такой механизм взаимодействия между центром памяти и всей корой головного мозга», — говорит Фрид, — «Это дает понимание того, как работает память у людей, и эти знания можно использовать для реального улучшения памяти».
Пациенты с электродами в голове
У исследователей была уникальная возможность проверить теорию консолидации памяти с помощью электродов в мозге 18 пациентов с эпилепсией в госпитале Калифорнийского университета. Электроды были имплантированы в мозг пациентов, чтобы помочь определить источник припадков. Обычно исследование длится около 10 дней, после чего электроды удаляют.
Исследование проводилось дважды ночами и утрами после пробуждения. Непосредственно перед сном участникам исследования показывали парные фото: на каждом было изображено животное и одна из 25 знаменитостей, включая легко узнаваемых звезд, таких как Мэрилин Монро и Джек Николсон. Пациентов сразу же проверяли на способность вспомнить, какая знаменитость была в паре с каким животным, и снова проверяли утром после ночного сна без пробуждений.
Во вторую ночь перед сном пациентам показали 25 новых изображений животных и знаменитостей. На этот раз участники проекта получили во время сна целенаправленную электрическую стимуляцию, а утром их способность вспомнить показанные вечером пары снова проверили.
Для проведения электростимуляции исследователи создали систему, которую Фрид сравнил с дирижером: система «слушала» электрические сигналы мозга, и когда пациенты впадали в период глубокого сна, связанного с консолидацией памяти, она подавала мягкие электрические импульсы, заставляя быстро срабатывающие нейроны «играть» синхронно.
Все испытуемые показали улучшение памяти после сна с электростимуляцией. Ключевые электрофизиологические маркеры указывали на то, что информация циркулирует между гиппокампом и корой головного мозга, что является физическим доказательством консолидации памяти.
«Мы обнаружили, что, по сути, улучшили эту магистраль, по которой информация поступает в постоянное место хранения», — говорит Фрид.
В 2012 году Фрид провел исследование, которое впервые показало, что электрическая стимуляция может укрепить память. Новая работа показывает, как глубокая стимуляция мозга может улучшить память, если ее проводить в критической фазе сна.
«В нашем новом исследовании мы показали, что можем улучшить память в целом», — говорит Фрид. — «Наша следующая задача попытаться модулировать конкретные воспоминания».