Новое исследование обнаружило важные подтверждения теории о том, что сон помогает закрепить в памяти новые знания.

Результаты, опубликованные на страницах журнала Science, показывают, что сон после обучения вызывает специфичные изменения в мозге – рост соединений между мозговыми нейронами, которые помогают передавать определенную информацию.

Ведущий исследователь Вен Бьяо Ган (WenBiao Gan), профессор нейронаук и физиологии Медицинского центра Лангоне в Нью-Йорке, говорит, что ученые уже не первый год догадывались о том, что сон улучшает запоминание нового, но никто не знал механизм этого явления.

«Здесь мы продемонстрировали, как сон помогает нервным клеткам формировать очень специфичные соединения дендритных отростков, которые могут участвовать в механизмах  долговременной памяти», - объясняют ученые.

В экспериментах на мышах профессор и его команда впервые продемонстрировали, что обучение и сон вызывают физические изменения в моторной коре – зоне мозга, которая отвечает за произвольные движения.

Оказывается, когда мы спим, наши клетки не дремлют. Мозговые клетки часами активно принимают информацию во время бодрствования, реактивируясь в период глубокого медленного сна – фазы сна, которая характеризуется медленными мозговыми волнами и сновидениями.

Некоторое время ученые считали, что во время медленного сна мы формируем свои новые воспоминания. Но как именно это происходит физически, было показано только в последнем исследовании с использованием генетически модифицированных мышей. У мышей в мозгу вырабатывался флуоресцирующий протеин, а для отслеживания процессов ученые применили лазерный сканирующий микроскоп.

При таком подходе команда могла отслеживать рост новых соединений и нервных путей. Каждая нервная клетка мозга обычно имеет несколько тысяч дендритов, которые образуют связи с другими нейронами при помощи синапсов, передавая им электрические сигналы.
Мозг образует новые связи в течение 6 часов после обучения
Исследователи учили грызунов балансировать на цилиндре, который должен был вращаться все быстрее и быстрее. После таких тренировок ученые сканировали мозг мышей. Они отметили, что в течение первых 6 часов нервные клетки образуют дендритные шипики – мембранные отростки, которые способны формировать синапсы и соединяться с другими клетками мозга.

Затем ученые проверяли эффект сна. Они натренировали две группы мышей: одна группа привыкла заниматься на цилиндре в течение часа, после чего спала по 7 часов; вторая группа занималась столько же, но после этого продолжала 7 часов бодрствовать.

У мышей, которые не спали после тренировок, дендритные шипики росли гораздо медленнее, чем в группе, которая спала после занятий. Ученые также отметили, что для разных типов обучения характерны разные типы роста дендритов.

К примеру, бег вперед по вращающемуся цилиндру приводил к росту дендритных шипиков на одном направлении, в то время как другие упражнения вызывали совершенно иные, характерные только для них изменения. Исследователи предполагают, что выполнение специфических заданий вызывает уникальные структурные изменения в головном мозге.

«Представьте себе дерево, у которого листья (дендритные шипики) растут на одной ветке, но не на другой. Когда мы учим что-то новое, это приводит к распусканию листочков только на определенной ветке», - говорит профессор Ган.
Нарушение сна препятствует росту нервных связей
В финальной серии экспериментов профессор Ган и его коллеги показали, что клетки моторной коры, которые работают во время активного обучения, реактивируются во время медленного сна. А нарушение сна останавливает рост новых дендритных отростков.

Они заключили, что во время сна имеет место «нейрональное воспроизведение» (neuronal replay), когда мозг «повторяет» то, что запомнил в течение дня и закрепляет эту информацию, образуя специфичные связи в моторной коре.

Ученые благодарят Национальный институт здоровья и Фонд Whitehall за финансовую помощь в проведении исследования.

В апреле 2014 года зарубежные издания сообщали еще об одном интересном открытии в этой области. Тогда ученые обнаружили новую форму мозговой активности, которая может быть связана с формированием воспоминаний.

Ученые доказали, что люди и животные знают о своем местонахождении благодаря особым «клеткам места» (place cells) в гиппокампе, работающие как нейральные флажки на внутренней карте мира, подобно тому, как в Google maps можно отметить места, где вы бывали раньше.

medbe.ru