Почему циклы сна важны для памяти?

С научной точки зрения сон до сих пор остается невероятно загадочным. Исследователи из Мичиганского университета, однако, возможно, разработали новую теорию, чтобы объяснить одну из тайн сна.

Исследователи из Мичиганского университета во главе с Атоном и Михалом Зоховски разработали теорию, основанную на экспериментальных наблюдениях за мышами и компьютерном моделировании нейронных схем мозга. Работа опубликована в журнале «PLoS Computational Biology» и была поддержана Национальным научным фондом, инициативой Чана Цукерберга и Национальными институтами здравоохранения.

У всех видов животных сон стереотипно состоит из фаз: медленный сон (небыстрое движение глаз, NREM) и быстрый сон (быстрое движение глаз, REM), причем NREM предшествует фазе быстрого сна. Остается неясным, какие дифференциальные функции играют эти две фазы в консолидации памяти, зависящей от сна, — процессе, ведущем к лучшему воспоминанию о недавно пережитых событиях. Используя упрощенную вычислительную модель в сочетании с анализом записей in vivo с гиппокампа мыши, ученые доказали, что изменения уровней ацетилхолина во время медленного и быстрого сна могут влиять на различные роли в консолидации памяти.

«Мы можем фактически смоделировать и точно определить, какие нейроны активируются в процессе обучения», — сказал Атон. «Мы можем смоделировать это, и мы можем смоделировать изменения, которые происходят в отношении ацетилхолина, когда животное проходит через различные стадии сна».

Но исследователи пока не могут сосредоточиться на всех отдельных нейронах, кодирующих конкретные воспоминания с помощью доступных методов, поэтому именно здесь в дело вступило моделирование, чтобы помочь завершить картину. Модель была разработана группой Зоховски и рассматривала вновь закодированные воспоминания как изменения в активности нейронов в цепях под влиянием окружающей среды мозга, где биохимическое вещество под названием ацетилхолин модулирует их активность.

Существует также два типа нейронов: возбуждающие, которые имеют тенденцию стимулировать своих соседей, и тормозящие, которые подавляют активность других. Объединив эту динамику с реальными данными об активности мозга и уровнях ацетилхолина во время различных фаз сна, модель помогла сделать выводы, которые ранее были недоступны.