Сон помогает мозгу совершить "скачок во времени" [ Редагувати ]

Американские нейробиологи обнаружили, что в префронтальной коре мозга крысы во время сна происходит семикратное ускоренное воспроизведение серий нервных импульсов, которые наблюдались во время бодрствования. Такое "прокручивание" дневных впечатлений, по-видимому, необходимо для формирования устойчивых воспоминаний. Авторы полагают, что обнаруженный ими процесс представляет собой "переписывание" информации из кратковременной памяти, за которую отвечает гиппокамп, в долговременную память, находящуюся под управлением префронтальной коры.

На сегодняшний день ученые уже довольно хорошо разобрались в клеточной и молекулярной природе памяти, а также в том, какие отделы мозга и в какой последовательности участвуют в запоминании, хранении и последующем воспроизведении (вспоминании) информации. Известно, что многие ключевые процессы, связанные с закреплением воспоминаний ("консолидация памяти") происходят во сне, и важнейшую роль в этих процессах играет гиппокамп. Если этот маленький отдел мозга выходит из строя, люди (или животные) теряют способность что-либо запоминать, хотя все старые воспоминания у них сохраняются.

Экспериментально показано, что нейроны гиппокампа во сне воспроизводят те же серии нервных импульсов, которые наблюдались во время бодрствования (например, во время обучения какой-нибудь задаче). По-видимому, это повторное проигрывание дневных переживаний необходимо для того, чтобы свежеприобретенный опыт благополучно "переписался" из гиппокампа в те отделы мозга, которые отвечают за долговременную память (это в первую очередь кора больших полушарий). Принцип "повторения" лежит в основе функционирования нервной системы на самом базовом клеточном уровне.

Однако после того, как гиппокамп сделал свое дело, воспоминания продолжают храниться в коре уже без его помощи. В процессе активизации устоявшихся, "консолидированных" воспоминаний ключевую роль играет так называемая медиальная префронтальная кора (МПФК). Когда мы вспоминаем события, случившиеся только что, гиппокамп активизируется сильно, а МПФК - слабо. Но если нам нужно вспомнить что-то более давнее, наблюдается обратная картина: нейроны МПФК работают очень активно, а нейроны гиппокампа - гораздо слабее. Эта закономерность подтверждена опытным путем и на крысах, и на людях. Кроме того, известно, что повреждения МПФК ведут к нарушениям механизма вспоминания давних событий.

Американские нейробиологи предположили, что если МПФК так важна для "воспроизведения" воспоминаний, то она, наверное, должна принимать участие и в их "записи", то есть в процессе консолидации воспоминаний (наряду с гиппокампом и некоторыми другими отделами мозга). Действительно, некоторые эксперименты последних лет показали, что даже временное нарушение функционирования МПФК может приводить к серьезным отклонениям в процессе формирования долговременных воспоминаний.

Если это так, то в МПФК, как и в гиппокампе, должно во время сна происходить повторное "проигрывание" серий нервных импульсов, которые наблюдались днем. Чтобы проверить это предположение, двум крысам имплантировали в мозг миниатюрное устройство, позволяющее следить одновременно за активностью 120 нейронов МПФК. Крысы каждый день выполняли серию заданий на ориентацию и пространственную память. За это их "награждали" электрической стимуляцией центров удовольствия. Выполнение одного задания занимало примерно 20 секунд, а задания следовали одно за другим в течение 50 минут.

"Ускоренное прокручивание" дневных впечатлений во время сна происходит не постоянно, а эпизодически, короткими периодами примерно по полторы секунды каждый. Нетрудно подсчитать, что за один такой период мозг крысы успевает "прокрутить" около 10 секунд реального времени. Это примерно половина времени, требующегося для выполнения одного стандартного задания.

По мнению авторов, сжатие времени во сне говорит о том, что мозг способен работать намного быстрее, если его не сдерживают "поведенческие ограничения". Иными словами, мысль работает быстрее тела. Действительно, все мы хорошо знаем, что на выполнение какого-либо действия обычно уходит больше времени, чем требуется потом для того, чтобы, вспоминая, "прокрутить его в голове".

Ранее сообщалось, что ночное "прокручивание" дневных впечатлений в гиппокампе тоже осуществляется в ускоренном режиме (с 5-20-кратным ускорением). Но в действительности, как указывают авторы, ситуация с гиппокампом несколько хитрее. Похоже на то, что этот отдел мозга еще днем, во время выполнения крысой стандартных заданий, осуществляет некое сжатие информации во времени. "Ускорение", которое наблюдается в гиппокампе, может быть связано с тем, что гиппокамп во сне вспоминает не сами события, а свои мысли о них.

Конечно, очень трудно строго доказать, что ускоренное проигрывание нейронных импульсов в МПФК во время сна действительно представляет собой процесс закрепления воспоминаний. Однако авторы полагают, что это весьма вероятно. Ведь данное явление наблюдается именно в том отделе мозга, который отвечает за активизацию воспоминаний о давних событиях. Кроме того, оно наблюдается именно в тот период - в первые два часа после приобретенного опыта - который, как было показано ранее, является критическим для формирования устойчивых воспоминаний.