Naukowcy uważają, że odgrywają one rolę w tym, jak się uczymy i tworzymy wspomnienia długoterminowe.
Dlaczego śpimy? Naukowcy debatują nad tym pytaniem od tysiącleci, ale nowe badanie dostarcza nowych wskazówek, jak rozwiązać tę zagadkę.
Odkrycia, opublikowane w Journal of Neuroscience, mogą pomóc wyjaśnić, w jaki sposób ludzie tworzą wspomnienia i uczą się, i mogą ostatecznie pomóc w opracowaniu narzędzi wspomagających dla osób dotkniętych chorobą neurologiczną lub urazem. Badanie zostało przeprowadzone przez Szpital Ogólny w Massachusetts we współpracy z kolegami z Uniwersytetu Browna, Departamentem Spraw Weteranów i kilkoma innymi instytucjami.
Naukowcy badający zwierzęta laboratoryjne dawno temu odkryli zjawisko znane jako „powtórka”, które pojawia się podczas snu, wyjaśnia neurolog Daniel Rubin z Centrum Neurotechnologii i Neuroregeneracji MGH, główny autor badania.
Teoretycznie powtórka jest strategią, której mózg używa do zapamiętywania nowych informacji. Jeśli mysz jest wyszkolona, aby znaleźć drogę przez labirynt, urządzenia monitorujące mogą pokazać, że określony wzór komórek mózgowych lub neuronów zaświeci się, gdy przemierza właściwą drogę. „Później, gdy zwierzę śpi, możesz zobaczyć, że te neurony będą ponownie uruchamiane w tej samej kolejności” – mówi Rubin.
Naukowcy uważają, że ta powtórka odpalania neuronów podczas snu jest sposobem, w jaki mózg ćwiczy nowo poznane informacje, co pozwala na konsolidację pamięci — to znaczy przekształcenie z pamięci krótkotrwałej w pamięć długotrwałą.
Jednak powtórka została przekonująco pokazana tylko na zwierzętach laboratoryjnych. „W społeczności neuronauk pojawiło się otwarte pytanie: w jakim stopniu ten model tego, jak uczymy się rzeczy u ludzi, jest prawdziwy? I czy dotyczy to różnych rodzajów uczenia się?” – pyta neurolog Sydney S. Cash, współdyrektor Centrum Neurotechnologii i Neuroregeneracji w MGH i współautor badania.
Co ważne, mówi Cash, zrozumienie, czy podczas uczenia się umiejętności motorycznych pojawia się nawrót, może pomóc w opracowaniu nowych terapii i narzędzi dla osób z chorobami neurologicznymi i urazami.
Czytaj: Nowe punkty wypożyczania rowerów elektrycznych w Krakowie
Aby zbadać, czy powtórka występuje w korze ruchowej człowieka — regionie mózgu odpowiedzialnym za ruch — Rubin, Cash i ich koledzy zwerbowali 36-letniego mężczyznę z tetraplegią (inaczej porażenie czterokończynowe), co oznacza, że nie był w stanie poruszać górną i dolną częścią ciała, w jego przypadku z powodu urazu rdzenia kręgowego.
Mężczyzna, zidentyfikowany w badaniu jako T11, jest uczestnikiem badania klinicznego urządzenia interfejsu mózg-komputer, które pozwala mu używać kursora komputerowego i klawiatury na ekranie. Badane urządzenie jest opracowywane przez konsorcjum BrainGate, wspólny wysiłek klinicystów, neurologów i inżynierów z kilku instytucji w celu stworzenia technologii przywracających komunikację, mobilność i niezależność osobom z chorobami neurologicznymi, urazami lub utratą kończyn.
Koniecznie zajrzyj na f7.pl
W badaniu T11 został poproszony o wykonanie zadania pamięciowego podobnego do gry elektronicznej Simon, w której gracz obserwuje wzór migających kolorowych świateł, a następnie musi przywołać i odtworzyć tę sekwencję. Kontrolował kursor na ekranie komputera, po prostu myśląc o ruchu własnej ręki. Czujniki wszczepione w korę ruchową T11 mierzyły wzorce odpalania neuronowego, które odzwierciedlały zamierzony ruch ręki, pozwalając mu poruszać kursorem po ekranie i klikać go w żądanych miejscach. Te sygnały mózgowe były rejestrowane i bezprzewodowo przesyłane do komputera.
Tej nocy, gdy T11 spał w domu, aktywność w korze ruchowej była rejestrowana i bezprzewodowo przesyłana do komputera. „To, co znaleźliśmy, było niesamowite” — mówi Rubin. „W zasadzie grał w tę grę przez noc we śnie”. Przy kilku okazjach, mówi Rubin, wzorce odpalania neuronów T11 podczas snu dokładnie pasowały do wzorców, które wystąpiły, gdy wcześniej tego dnia wykonywał grę polegającą na dopasowywaniu pamięci.
„To najbardziej bezpośredni dowód na powtórkę z kory ruchowej, jaki kiedykolwiek zaobserwowano podczas snu u ludzi” – mówi Rubin. Większość powtórek wykrytych w badaniu miała miejsce podczas snu wolnofalowego, fazy głębokiego snu. Co ciekawe, powtórka była znacznie mniej prawdopodobna do wykrycia, gdy T11 był we śnie REM, fazie najczęściej związanej ze snem. Rubin i Cash postrzegają tę pracę jako podstawę do lepszego poznania powtórki i jej roli w uczeniu się i pamięci u ludzi.
„Mamy nadzieję, że możemy wykorzystać te informacje, aby pomóc w tworzeniu lepszych interfejsów mózg-komputer i opracowywaniu paradygmatów, które pomogą ludziom szybciej i wydajniej uczyć się w celu odzyskania kontroli po kontuzji”, mówi Cash, zauważając znaczenie przeniesienia tego kierunku badań ze zwierząt na ludzi.
„Ten rodzaj badań czerpie ogromne korzyści z bliskiej interakcji, jaką mamy z naszymi uczestnikami”, dodaje z wdzięcznością dla T11 i innych uczestników badania klinicznego BrainGate.
Czytaj: Słuchanie ulubionych piosenek przed snem może pomóc Ci lepiej spać
Hochberg zgadza się. „Nasi niesamowici uczestnicy BrainGate dostarczają nie tylko pomocne informacje zwrotne dotyczące tworzenia systemu przywracającego komunikację i mobilność, ale także dają nam rzadką okazję do rozwinięcia podstawowej ludzkiej neuronauki – aby zrozumieć, jak ludzki mózg działa na poziomie obwodów poszczególnych neuronów i wykorzystać te informacje do budowy neurotechnologii regeneracyjnych nowej generacji” – powiedział.
Czytaj: Najważniejsze zasady higieny snu
Rubin jest również instruktorem neurologii w Harvard Medical School. Cash jest profesorem nadzwyczajnym neurologii w HMS. Hochberg jest starszym wykładowcą neurologii w HMS i profesorem inżynierii na Uniwersytecie Browna.
