Учените откриват връзка между съня и изучаването на нови задачи – Harvard Gazette

Защо спим? Учените обсъждат този въпрос от хилядолетия, но ново проучване добавя нови улики за разрешаване на тази мистерия.

Констатациите, публикувани в списание по невронауки, може да помогне да се обясни как хората формират спомени и да се учат и в крайна сметка биха могли да помогнат за разработването на помощни инструменти за хора, засегнати от неврологични заболявания или наранявания. Проучването е проведено от Масачузетската обща болница в сътрудничество с колеги от университета Браун, Департамента по въпросите на ветераните и няколко други институции.

Учени, изучаващи лабораторни животни, отдавна са открили феномен, известен като „преиграване“, което се случва по време на сън, обяснява неврологът Даниел Рубин от Центъра за невротехнологии и невровъзстановяване на MGH, водещ автор на изследването. Теоретизира се, че преиграването е стратегия, която мозъкът използва, за да запомни нова информация. Ако мишката е обучена да намира път през лабиринт, устройствата за наблюдение могат да покажат, че специфичен модел на мозъчни клетки или неврони ще светне, докато преминава по правилния маршрут. “Тогава, по-късно, докато животното спи, можете да видите, че тези неврони ще се задействат отново в същия ред”, казва Рубин.

Учените смятат, че това възпроизвеждане на невронно задействане по време на сън е начинът, по който мозъкът практикува новонаучена информация, което позволява на паметта да бъде консолидирана – тоест преобразувана от краткосрочна памет в дългосрочна.

Повторението обаче е било убедително показано само при лабораторни животни. „В общността на невронауките имаше отворен въпрос: До каква степен този модел за това как научаваме нещата при хората? И вярно ли е за различни видове учене?” пита неврологът Сидни С. Кеш, съдиректор на Центъра за невротехнологии и невровъзстановяване в MGH и съ-старши автор на изследването. Важно е, казва Кеш, че разбирането дали преиграването се случва с изучаването на двигателни умения може да помогне за насочване на разработването на нови терапии и инструменти за хора с неврологични заболявания и наранявания.

За да проучат дали възпроизвеждането се случва в човешката моторна кора – мозъчната област, която управлява движението – Рубин, Кеш и техните колеги привлякоха 36-годишен мъж с тетраплегия (наричана още квадриплегия), което означава, че той не е в състояние да движи горната част и долни крайници, в неговия случай поради нараняване на гръбначния мозък. Мъжът, идентифициран в проучването като T11, е участник в клинично изпитване на устройство за интерфейс мозък-компютър, което му позволява да използва компютърен курсор и клавиатура на екрана. Изследователското устройство се разработва от консорциума BrainGate, съвместно усилие, включващо клиницисти, невролози и инженери в няколко институции с цел създаване на технологии за възстановяване на комуникацията, мобилността и независимостта на хора с неврологични заболявания, наранявания или загуба на крайници. Консорциумът се ръководи от Лий Р. Хохбърг от MGH, Университета Браун и Департамента по въпросите на ветераните.

В проучването T11 беше помолен да изпълни задача за памет, подобна на електронната игра Simon, в която играчът наблюдава модел от мигащи цветни светлини, след което трябва да си припомни и възпроизведе тази последователност. Той контролираше курсора на екрана на компютъра просто като мислеше за движението на собствената си ръка. Сензорите, имплантирани в моторния кортекс на T11, измерват модели на невронно задействане, което отразява планираното му движение на ръката, позволявайки му да премества курсора на екрана и да щраква върху него на желаните от него места. Тези мозъчни сигнали бяха записани и предадени безжично към компютър.

Тази нощ, докато T11 спеше вкъщи, активността в моторната му кора беше записана и предадена безжично на компютър. „Това, което открихме, беше доста невероятно“, казва Рубин. “Той по същество играе играта през нощта в съня си.” Няколко пъти, казва Рубин, моделите на нервно задействане на T11 по време на сън точно съвпадаха с моделите, които се случиха, докато той изпълняваше играта за съпоставяне на паметта по-рано същия ден.

„Това е най-прякото доказателство за възпроизвеждане от моторната кора, което някога е било наблюдавано по време на сън при хората“, казва Рубин. Повечето от повторенията, установени в проучването, са се случили по време на бавен сън, фаза на дълбок сън. Интересното е, че повторението е много по-малко вероятно да бъде открито, докато T11 е в REM сън, фазата, която най-често се свързва със сънуването. Рубин и Кеш виждат тази работа като основа за научаване на повече за преиграването и неговата роля в ученето и паметта при хората.

„Надеждата ни е, че можем да използваме тази информация, за да помогнем за изграждането на по-добри интерфейси мозък-компютър и да измислим парадигми, които помагат на хората да учат по-бързо и ефективно, за да си възвърнат контрола след нараняване“, казва Кеш, отбелязвайки значението на преместването на това линия на запитване от животни до хора. „Този ​​вид изследвания се възползват изключително много от тясното взаимодействие, което имаме с нашите участници“, добавя той, с благодарност към T11 и други участници в клиничното изпитване BrainGate.

Състезания в Хохберг. „Нашите невероятни участници в BrainGate предоставят не само полезна обратна връзка за създаването на система за възстановяване на комуникацията и мобилността, но също така ни дават рядка възможност да напреднем в фундаменталната човешка невронаука – да разберем как работи човешкият мозък на ниво отделни вериги. неврони, „казва той,“ и да използва тази информация за изграждане на следващо поколение възстановителни невротехнологии.

Рубин също е инструктор по неврология в Harvard Medical School. Кеш е доцент по неврология в HMS. Хохберг е старши преподавател по неврология в HMS и професор по инженерство в университета Браун.

Тази работа беше подкрепена от Отдела по въпросите на ветераните, Националния институт по неврологични заболявания и инсулт, Националния институт по психично здраве, Conquer Paralysis Now, Института MGH-Deane, Американската академия по неврология и Медицинския институт Хауърд Хюз в Станфордския университет.