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.
