Представьте себя студентом во время выпускной недели, готовящимся к важному экзамену: сидеть всю ночь или немного поспать? Многие люди, которые с трудом смотрят на тест с недосыпа, знают, как сильно недостаток сна мешает запоминанию информации.

Два новых исследования Мичиганского университета объясняют, почему это происходит, и что происходит в мозге во время сна и его недостатка, что влияет на формирование памяти.

Определённые нейроны настраиваются на определённые стимулы. Например, у крыс в лабиринте нейроны активируются, когда животное достигает определённых мест. Эти нейроны, называемые нейронами места, также активны у людей и помогают ориентироваться в пространстве.

"Если этот нейрон активен во время сна, какой из этого можно сделать вывод?" — задаётся вопросом Камран Диба, доцент кафедры анестезиологии Медицинской школы UM.

Исследование, опубликованное в журнале Nature, проведённое Дибой и его бывшим аспирантом Курошем Мабуди, изучает нейроны в гиппокампе, структуре мозга, участвующей в формировании памяти, и демонстрирует способ визуализировать нейронные паттерны, связанные с местоположением, пока животное спит.

Определённый тип электрической активности, называемый остро-волновой рябью, исходит от гиппокампа каждые несколько секунд во время отдыха и сна. Исследователи заинтересовались синхронностью этих рябей и их распространением, которое, по-видимому, передаёт информацию между частями мозга. Эти импульсы помогают нейронам формировать и обновлять воспоминания, в том числе о местоположениях.

Команда измеряла активность мозга крыс во время сна после прохождения нового лабиринта. С помощью байесовского обучения они смогли отследить, какие нейроны будут активны в каких местах лабиринта.

Предположим, нейрон предпочитает определённый угол лабиринта. Мы могли бы увидеть, что он активируется вместе с другими нейронами с аналогичными предпочтениями во время сна. Иногда нейроны, связанные с другими областями, тоже могут активироваться. Мы обнаружили, что при возвращении крысы в лабиринт предпочтения нейронов менялись в зависимости от их активности во время сна.

Этот метод позволяет визуализировать пластичность нейронов в реальном времени, подтверждая теорию о том, что реактивация нейронов во время сна важна для памяти. Учитывая важность сна, команда Дибы исследовала, что происходит в мозге при его недостатке.

Во втором исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда под руководством Дибы и Бапуна Гири сравнила степень реактивации нейронов — когда нейроны, активные во время исследования лабиринта, спонтанно активируются снова в состоянии покоя — и последовательность их реактивации во время сна и при его недостатке.

Они обнаружили, что количество нейронных импульсов, участвующих в реактивации и воспроизведении лабиринта, было выше во время сна, чем при его недостатке. Недостаток сна сопровождался аналогичной или более высокой частотой ряби, но с меньшей амплитудой и мощностью.

Однако почти в половине случаев реактивация опыта лабиринта во время острой ряби была полностью подавлена при недостатке сна.

Когда крысам позволили восстановить сон, реактивация частично вернулась, но не достигла уровня нормально спавших крыс. Воспроизведение также нарушалось и не восстанавливалось полностью. Поскольку реактивация и воспроизведение важны для памяти, результаты демонстрируют негативное влияние недостатка сна на память.

Команда Дибы планирует продолжить изучение обработки памяти во время сна и того, почему эти процессы необходимы, а также влияния недостатка сна на память.