Нове дослідження виявило дивовижний вплив сну на навчання

Два дослідження Мічиганського університету показують, що сон необхідний для пам’яті, оскільки він дозволяє певним нейронам реактивувати та відтворювати досвід. Депривація сну порушує цей процес, що призводить до погіршення збереження пам’яті. Навіть надолуження сну не повністю відновлює активацію пам’яті, підкреслюючи критичну роль сну в консолідації пам’яті.

Уявіть, що ви студент, зараз випускний тиждень, і ви готуєтеся до великого іспиту: ви проводите всю ніч чи трохи відпочиваєте? Як відомо, багатьом людям із затуманеними очима, які тупо дивилися на тест, брак сну може надзвичайно ускладнити збереження інформації.

Два нові дослідження Мічиганського університету з’ясовують, чому це відбувається і що відбувається в мозку під час сну та його депривації, щоб допомогти або зашкодити формуванню спогадів.

Конкретні нейрони можуть бути налаштовані на певні подразники. Наприклад, щури в лабіринті матимуть нейрони, які загоряються, коли тварина досягає певних місць у лабіринті. Ці нейрони, які називаються нейронами місця, також активні в організмі людей і допомагають людям орієнтуватися в навколишньому середовищі.

Але що відбувається під час сну?

«Якщо цей нейрон реагує під час сну, що ви можете з цього зробити?» сказав Камран Діба, доктор філософії, доцент кафедри анестезіології в Медичній школі UM.

Дослідження, підсумоване в журналі Nature під керівництвом Діби та колишнього аспіранта Куроша Мабуді, доктора філософії, розглядає нейрони в гіпокампі, структурі у формі морського коника глибоко в мозку, яка бере участь у формуванні пам’яті, і виявило спосіб візуалізуйте налаштування нейронних патернів, пов’язаних із місцем розташування, коли тварина спала.

Роль гострохвильових пульсацій

Тип електричної активності, який називається гострохвильовою пульсацією, виходить із гіпокампу кожні пару секунд протягом багатьох годин під час станів спокою та сну.

Дослідники були заінтриговані тим, наскільки синхронні брижі та як далеко вони поширюються, мабуть, щоб поширювати інформацію від однієї частини мозку до іншої. Вважається, що ці активації дозволяють нейронам формувати та оновлювати спогади, включно з місцем.

Для дослідження команда вимірювала мозкову активність щура під час сну, після того, як щур пройшов новий лабіринт. Використовуючи тип статистичного висновку, який називається байєсівським навчанням, вони вперше змогли відстежити, які нейрони будуть реагувати на які місця в лабіринті.

«Скажімо, нейрон віддає перевагу певному кутку лабіринту. Ми можемо побачити, що нейрон активується разом з іншими, які виявляють подібні переваги під час сну. Але іноді нейрони, пов’язані з іншими областями, можуть спільно активуватися з цією клітиною. Потім ми побачили, що коли ми поклали його назад у лабіринт, переваги розташування нейронів змінилися залежно від того, з якими клітинами вони стріляли під час сну», — сказав Діба.

Метод дозволяє їм візуалізувати пластичність або репрезентативний дрейф нейронів у режимі реального часу. Це також більше підтверджує давню теорію про те, що реактивація нейронів під час сну є частиною того, чому сон важливий для спогадів. Враховуючи важливість сну, команда Діби хотіла поглянути на те, що відбувається в мозку в контексті депривації сну.

Вплив депривації сну

У другому дослідженні, також опублікованому в Nature, команда на чолі з Дібою та колишнім аспірантом Бапуном Гірі, доктором філософії, порівняла ступінь реактивації нейронів, де нейрони, які спрацювали під час дослідження лабіринту, спонтанно спрацьовують знову в стані спокою. і послідовність їх реактивації (кількісно визначеної як відтворення) під час сну проти під час втрати сну.

Вони виявили, що схеми активації нейронів, які беруть участь у реактивації та відтворенні досвіду лабіринту, були вищими під час сну, ніж під час депривації сну. Депривація сну відповідала подібній або вищій частоті гострохвильових пульсацій, але меншої амплітуди хвиль і меншої потужності.

«Однак майже в половині випадків реактивація досвіду лабіринту під час гострохвильових брижів була повністю придушена під час депривації сну», — сказав Діба.

Коли позбавлені сну щури змогли наздогнати сон, додав він, хоча реактивація трохи відновилася, вона ніколи не зрівнялася з щурами, які спали нормально. Крім того, відтворення було так само порушено, але не було відновлено, коли відновився втрачений сон.

Оскільки реактивація та відтворення важливі для пам’яті, результати демонструють згубний вплив депривації сну на пам’ять. Команда Діби сподівається продовжити досліджувати природу обробки пам’яті під час сну, чому їх потрібно повторно активувати, а також вплив сну на пам’ять.