Ключ к памяти: что происходит с человеческим мозгом во сне

© Игорь Ставцев/Коллаж/Ridus

В 2017 году механизмы памяти остаются не до конца раскрытыми. Подлинная химическая природа воспоминаний остается загадкой. Часто говорят о позитивном влиянии сна на сохранение информации. Всплески умственной активности у спящих – отдельная тема, достаточно вспомнить известные легенды. Однако в нынешнем году ученым удалось сделать шаг навстречу раскрытию тайны памяти и сна. О новейшем открытии, пластичности мозга, веретенообразных вспышках и роли кальция мы поговорим ниже.

Среди часто упоминаемых легенд о сне – феномены Августа Кекуле и Дмитрия Менделеева. Первый сумел узреть во сне формулу бензола, второй – легендарную таблицу целиком. При всей фантастичности этих историй нужно согласиться в одном: во сне в нейронной ткани мозга происходят крайне важные вещи. В них – ключ к явлению памяти и огромный потенциал для медицины.

Что было ранее известно о связи сна и памяти?

Нельзя сказать, что многое. Так, достоверные данные давали эксперименты с декларативным и моторным типами памяти. Что такое декларативная память? Вы декларируете, утверждаете, что что-то знаете. «Мне известно это слово; конечно, я помню этот знак». Моторная? Это память движений. Педали, клавиши, рукояти – это ее область. Эксперименты были простыми: испытуемым давали ряд новых слов, проверяли их усвоение до и после сна. После сна результаты были лучше. Что касается моторной памяти: добровольцам предлагалось разучить простую комбинацию на фортепиано. Их так же тестировали, и после пробуждения результаты были опять-таки лучше. Причем прогресс наблюдался в проблемных участках: отрывках комбинаций, где добровольцы допускали ошибки в момент первого теста.

Что еще доказало связь сна и памяти? Например, работа с мышами. Те бегали несколько минут в колесе, пока физиологи фиксировали импульсы мозга, отмечая, какие участки работают. Во сне за их мозгом снова наблюдали. Было замечено, что те же участки вновь активны, но с меньшей энергией. Кроме того, доказано, что нейроны, имеющие поведенческую специализацию, повторно активируются во сне.

Что такое пластичность мозга?

На заре нейрофизиологии о пластичности мозга говорили только в контексте раннего детства. Считалось, что мозгу взрослого человека пластичность несвойственна. Позднее, конечно, эта ошибка была исправлена. Мозг меняется? Безусловно: меняются нервные клетки, даже участки коры могут обмениваться функциями при травмах. Еще нужно помнить, что связи между нейронами рушатся и им на смену приходят новые. Этот процесс идет постоянно.

Правда, есть трудность: увязать формирование памяти и «гибкость» мозга не удается. Понятно лишь, что всплески электрической активности (веретенообразной или вспышечной) во сне взаимозависимы с механизмом памяти. Но проследить, как же именно химически связаны структурные изменения нервных клеток и эти колебания, до последнего времени не удавалось.

© pexels.com

Что такое веретенообразная активность?

Это спонтанная электрическая активность мозга в состоянии медленного сна. На графике электроэнцефалограммы она видна как заметное уплотнение.

Как связаны веретёна и пластичность? Причем здесь кальций?

Известно, что пластичность мозга опирается на процессы с участием кальция. Ученым из университета графства Суррей (Англия) удалось увязать вспышечную активность во время сна и кальциевую активность. Они выяснили: эти процессы синхронны. Важная деталь: закономерность справедлива только для дендритов нервных клеток новой коры. Ее можно наблюдать далеко не во всех участках мозга крыс и даже не в самих нейронах. Она отсутствует в пределах групп нейронов, перпендикулярных поверхности мозга.

Стоит сказать коротко о новой коре. У человека она имеет толщину от 2 до 4 мм. В ее власти – важнейшие слагаемые личности: сенсорное восприятие, мышление, речь. Что такое дендрит? Это отросток нейрона, выступающий в качестве связующего звена. Они принимают электрические импульсы и даже наделены внутренними функциональными свойствами. По этой причине их считают основой мозговой пластичности и базой формирования памяти. Опыт показал: мембранные выросты на поверхности дендрита у мышей, рост которых закрепляет полученный опыт, слагаются во сне, а при искусственном лишении сна – не растут. А в двигательной зоне коры в дендритах во время быстрого сна идут учащенные процессы с участием кальция.

Все это дает ключ к будущим открытиям. К сожалению, сказать с уверенностью, что именно происходит с дендритами, описать формацию воспоминаний с точностью до молекулы пока нельзя.

Коротко об инструментах

Для того, чтобы провести эксперименты и собрать данные, ученым пришлось прибегнуть к нейрохирургии. Мышей оперировали под анестезией, вживляя элементы из серебра и нержавеющей стали. Это делалось с целью повысить точность данных электроэнцефалографии. Вскрытый участок черепа покрывали зубным цементом, укрепляя трубки. Чтобы получить данные об электрической активности в мышцах, элементы датчиков прикреплялись к мышцам затылка. После операции мыши получили анальгетики, два дня было отведено на восстановление.

© pixabay.com

Чем могут помочь новые знания о мозге?

Понимание зависимости, если можно так выразиться, химии и физики мозга, превращений кальция и электрической активности, дает нейрофизиологии очень много. Во-первых, излечение недугов, связанных с умственным здоровьем, расстройством памяти, может получить новые методы. Так, например, новое приложение получит транскраниальная магнитная стимуляция. Суть этой процедуры в том, что мозгу со специальных излучателей направляются магнитные импульсы. Контакт происходит транскраниально, сквозь череп, т.е. вскрывать кости, разумеется, не требуется.

Предполагается, что технику такой стимуляции можно будет использовать так: активировать дендриты с той же частотой, с которой идут веретенообразные вспышки, достигая резонанса. Можно думать, что это даст импульс для создания фантастической памяти только путем магнитной стимуляции. Избавление от тяжелых умственных расстройств тоже станет реальностью.

Фундаментальное понимание процессов памяти на клеточном уровне, вплоть до механики роста дендритов после усвоения информации, бесценно. Как только удастся сложить все недостающие элементы воедино, нейрофизиологию ждет колоссальный скачок.

Нам важно ваше мнение!

+0

Комментарии (1)

  • Small 47fdacc12d
    Romek12 апреля, 08:25

    Зная, что раньше лечили лоботамией, радиацией и ртутью, страшновато представить все эти манипуляции, чем они могут обернуться для организма в итоге, пока досконально мозг и организм в целом будут не изучены.