Naukowcy od prawie 20 lat wiedzą, że wolne, synchroniczne fale elektryczne w mózgu podczas głębokiego snu wspierają formowanie się wspomnień. Do tej pory nie było jasne, na czym ten mechanizm polega. Zespół badaczy z Charité - Universitätsmedizin Berlin proponuje teraz wyjaśnienie. Wyniki badań, opisane na łamach czasopisma "Nature Communications", wskazują, że wolne fale sprawiają, że tzw. kora nowa, miejsce pamięci długoterminowej, staje się szczególnie podatna na informacje. Zdaniem autorów pracy odkrycie to może pomóc między innymi w terapii mającej na celu wspieranie formowania się pamięci z zewnątrz.

Jak powstają trwałe wspomnienia? Eksperci uważają, że podczas snu mózg odtwarza wydarzenia dnia, przenosząc informacje z miejsca pamięci krótkoterminowej, hipokampu, do pamięci długoterminowej znajdującej się w korze nowej. Kluczowe znaczenie dla tego procesu mają właśnie wolne fale, synchroniczne oscylacje napięcia elektrycznego w korze, które pojawiają się podczas fazy głębokiego snu. Fale te powstają, gdy napięcie elektryczne w wielu neuronach jednocześnie wzrasta i opada raz na sekundę. Można je zmierzyć za pomocą elektroencefalogramu (EEG). 

Od wielu lat wiemy, że te fluktuacje napięcia przyczyniają się do formowania się pamięci - wyjaśnia prof. Jörg Geiger, dyrektor Instytutu Neurofizjologii w Charité i główny autor nowo opublikowanego badania. 

Kiedy sen wolnofalowy jest sztucznie wzmacniany z zewnątrz, pamięć się poprawia. Ale do tej pory nie wiedzieliśmy, co dokładnie dzieje się w mózgu, gdy to następuje, ponieważ niezwykle trudno jest badać przepływy informacji wewnątrz ludzkiego mózgu - dodaje. 

On i jego zespół prowadził unikatowe badania na tkance mózgowej pobranej od 45 pacjentów, którzy przeszli operację neurochirurgiczną w celu leczenia padaczki lub guza mózgu w Charité, szpitalu Evangelisches Klinikum Bethel (EvKB) lub Uniwersyteckim Centrum Medycznym Hamburg-Eppendorf (UKE). Podczas takich operacji często usuwa się małe fragmenty kory nowej. Wycięta tkanka może być przechowywana do dwóch dni poza ciałem w sztucznym roztworze odżywczym, zanim jej aktywność ustanie. Pacjenci wyrazili zgodę na wykorzystanie pobranych od nich tkanek dla potrzeb tego konkretnego badania. 

Autorzy pracy symulowali w tych tkankach zmiany napięcia typowe dla wolnych fal mózgowych podczas głębokiego snu, a następnie mierzyli reakcję komórek nerwowych. Wykorzystali w tym celu zestaw szklanych mikropipet umieszczonych z nanometrową precyzją. Aby monitorować komunikację między wieloma komórkami nerwowymi tych tkanek, stosowali jednocześnie zestaw do dziesięciu pipet. 

Zespół odkrył, że połączenia synaptyczne między neuronami w korze nowej są maksymalnie wzmocnione w bardzo specyficznym momencie podczas fluktuacji napięcia. 

Synapsy działają najefektywniej bezpośrednio po wzroście napięcia z niskiego do wysokiego - wyjaśnia pierwszy autor pracy, Franz Xaver Mittermaier z Charité. 

Podczas tego krótkiego okna czasowego można uznać, że kora jest w w stanie podwyższonej gotowości. Jeśli mózg odtwarza wspomnienie dokładnie w tym czasie, jest ono przenoszone do pamięci długoterminowej szczególnie efektywnie. Tak więc sen wolnofalowy najwyraźniej wspiera tworzenie się pamięci, sprawiając, że kora nowa jest szczególnie podatna w wielu krótkich okresach czasu - dodaje. 

Ta wiedza może być wykorzystana do poprawy pamięci, na przykład w przypadku łagodnych zaburzeń poznawczych u osób starszych. 

Grupy badawcze na całym świecie pracują nad metodami wykorzystania subtelnych impulsów elektrycznych, tzw. stymulacji przezczaszkowej albo sygnałów akustycznych, do wpływania na wolne fale podczas snu. 

Obecnie jednak optymalizację tych procedur prowadzi się metodą prób i błędów, co wymaga wiele pracy i czasu. Nasze odkrycia mogą w tym pomóc, po raz pierwszy umożliwiają ukierunkowany rozwój metod stymulacji w celu wzmocnienia tworzenia się pamięci - podkreśla Geiger.

Zobacz również: