Ремонт ДНК и консолидация памяти: загадки сна

Немецкие нейрофизиологи из Шарите-Медицинского университета Берлина совершили прорыв в понимании механизмов консолидации памяти во время глубокого сна. Их исследование, опубликованное в научном журнале Nature Communications, показало, что синхронные колебания нейронной активности, характерные для фазы медленного сна.

Эти колебания, проявляющиеся в виде медленных волн и веретенных волн, не просто способствуют закреплению воспоминаний, как считалось ранее, но и активно изменяют функциональную архитектуру нейронных сетей.

Исследование проводилось на образцах ткани коры головного мозга, полученных от 45 добровольцев, проходивших хирургические операции по удалению опухолей или очагов эпилепсии. Важно отметить, что эти образцы были получены с соблюдением всех этических норм и после получения информированного согласия пациентов.

Ученые, возглавляемые профессором Йергом Гейгером, использовали инновационный подход, позволяющий регистрировать активность отдельных нейронов и их синаптических связей с высокой точностью. Вместо традиционных методов электроэнцефалографии (ЭЭГ), которые измеряют суммарную электрическую активность больших популяций нейронов, исследователи применили метод многоканальной внутриклеточной записи.

Это позволило им прямо наблюдать за изменениями мембранного потенциала и синаптической активности отдельных нейронов под влиянием различных типов мозговых волн. Для этого в мембраны нейронов, используя микропипетки, вводилось несколько микроэлектродов на каждый нейрон.

Такой подход обеспечил многомерное измерение электрической активности, позволяя анализировать не только амплитуду и частоту потенциалов действия, но и изменения синаптической проводимости и временной динамики синаптических ответов. Полученные данные показали, что медленные волны вызывают временную деполяризацию мембран нейронов, повышая их возбудимость и готовность к приему новых сигналов.

Веретенные волны, в свою очередь, способствуют синхронизации активности нейронов в пределах локальных нейронных ансамблей, что необходимо для стабилизации новообразованных синаптических связей. Профессор Гейгер подчеркивает, что совместное действие медленных и веретенных волн во время глубокого сна создаёт оптимальные условия для интеграции новой информации в существующие нейронные сети.

Это объясняет, почему достаточный сон так важен для консолидации памяти и успешного обучения. Более того, исследование открывает новые перспективы в понимании механизмов патологий памяти, таких как болезнь Альцгеймера и деменция.