Οι νευροεπιστήμονες έχουν ανακαλύψει τις τελευταίες δεκαετίες ότι ο εγκέφαλος μετατρέπει ορισμένες από τις καθημερινές εμπειρίες σε μόνιμες αναμνήσεις κατά τη διάρκεια του ύπνου το ίδιο βράδυ. Μια πρόσφατη μελέτη εισάγει έναν μηχανισμό που αποφασίζει ποιες αναμνήσεις είναι αρκετά σημαντικές για να διατηρηθούν στον εγκέφαλο έως ότου ο ύπνος τις στερεοποιήσει μόνιμα.

Με επικεφαλής ερευνητές από την Ιατρική Σχολή Grossman του NYU , η μελέτη περιστρέφεται γύρω από εγκεφαλικά κύτταρα που ονομάζονται νευρώνες που «πυροδοτούν» – ή επιφέρουν μεταβολές στην ισορροπία των θετικών και αρνητικών φορτίων τους – για να μεταδώσουν ηλεκτρικά σήματα που κωδικοποιούν τις μνήμες. Μεγάλες ομάδες νευρώνων σε μια περιοχή του εγκεφάλου που ονομάζεται ιππόκαμπος πυροδοτούνται μαζί σε ρυθμικούς κύκλους, δημιουργώντας αλληλουχίες σημάτων μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου το ένα από το άλλο που μπορούν να κωδικοποιήσουν σύνθετες πληροφορίες.

Ονομάζονται «αιχμηροί κυματισμοί», αυτές οι «κραυγές» προς το υπόλοιπο μέρος του εγκεφάλου αντιπροσωπεύουν την σχεδόν ταυτόχρονη πυροδότηση του 15 τοις εκατό των νευρώνων του ιππόκαμπου και ονομάζονται για το σχήμα που παίρνουν όταν η δραστηριότητά τους καταγράφεται από ηλεκτρόδια και καταγράφεται σε γραφική παράσταση.

Ενώ προηγούμενες μελέτες είχαν συνδέσει τους κυματισμούς με το σχηματισμό μνήμης κατά τη διάρκεια του ύπνου, η νέα μελέτη, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Science , διαπίστωσε ότι τα ημερήσια γεγονότα που ακολουθούνται αμέσως από πέντε έως 20 απότομους κυματισμούς επαναλαμβάνονται περισσότερο κατά τη διάρκεια του ύπνου και έτσι ενοποιούνται σε μόνιμες αναμνήσεις. Γεγονότα που ακολουθήθηκαν από πολύ λίγους ή καθόλου αιχμηρούς κυματισμούς απέτυχαν να σχηματίσουν μόνιμες αναμνήσεις.

«Η μελέτη μας διαπιστώνει ότι οι απότομοι κυματισμοί είναι ο φυσιολογικός μηχανισμός που χρησιμοποιεί ο εγκέφαλος για να «αποφασίσει» τι να κρατήσει και τι να απορρίψει», δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης György Buzsáki, MD, PhD, καθηγητής Νευροεπιστήμης Biggs στο Τμήμα Νευροεπιστημών. Νευροεπιστήμη και Φυσιολογία στο NYU Langone Health.

Περπάτημα και Παύση
Η νέα μελέτη βασίζεται σε ένα γνωστό μοτίβο: τα θηλαστικά, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, βιώνουν τον κόσμο για λίγες στιγμές, μετά κάνουν παύση, μετά βιώνουν λίγο περισσότερο και μετά ξαναπαύουν. Αφού δώσουμε προσοχή σε κάτι, λένε οι συγγραφείς της μελέτης, ο υπολογισμός του εγκεφάλου συχνά μεταβαίνει σε μια «αδράνεια» λειτουργίας επαναξιολόγησης. Τέτοιες στιγμιαίες παύσεις συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά οι μεγαλύτερες περίοδοι αδράνειας συμβαίνουν κατά τη διάρκεια του ύπνου.

Ο Buzsaki και οι συνεργάτες του είχαν διαπιστώσει προηγουμένως ότι δεν εμφανίζονται αιχμηροί κυματισμοί καθώς εξερευνούμε ενεργά τις αισθητηριακές πληροφορίες ή κινούμαστε, αλλά μόνο κατά τη διάρκεια των παύσεων αδράνειας πριν ή μετά.

Για αναμνήσεις που απομνημονεύονται, αυτά τα ίδια κελιά ενεργοποιούνται με μεγάλη ταχύτητα, καθώς κοιμόμαστε, «αναπαράγοντας το καταγεγραμμένο συμβάν χιλιάδες φορές τη νύχτα». Η διαδικασία ενισχύει τις συνδέσεις μεταξύ των εμπλεκόμενων κυττάρων.

Για την τρέχουσα μελέτη, διαδοχικές διαδρομές λαβυρίνθου από ποντίκια μελέτης παρακολουθήθηκαν μέσω ηλεκτροδίων από πληθυσμούς κυττάρων ιππόκαμπου που άλλαζαν συνεχώς με την πάροδο του χρόνου παρά την καταγραφή πολύ όμοιων εμπειριών. Αυτό αποκάλυψε για πρώτη φορά τις διαδρομές του λαβύρινθου κατά τις οποίες εμφανίστηκαν κυματισμοί κατά τη διάρκεια των παύσεων αφύπνισης και στη συνέχεια επαναλαμβάνονταν κατά τη διάρκεια του ύπνου.

Οι απότομοι κυματισμοί των κυμάτων καταγράφονταν συνήθως όταν ένα ποντίκι σταματούσε για να απολαύσει μια γλυκιά λιχουδιά μετά από κάθε τρέξιμο λαβύρινθου. Η κατανάλωση της ανταμοιβής, λένε οι συγγραφείς, προετοίμασε τον εγκέφαλο να μεταβεί από ένα διερευνητικό σε ένα αδρανές μοτίβο, έτσι ώστε να προκύψουν απότομοι κυματισμοί.

Χρησιμοποιώντας ανιχνευτές πυριτίου διπλής όψης, η ερευνητική ομάδα μπόρεσε να καταγράψει έως και 500 νευρώνες ταυτόχρονα στον “ιππόκαμπο” των ζώων κατά τη διάρκεια περιόδων λαβύρινθου. Αυτό με τη σειρά του δημιούργησε μια πρόκληση επειδή τα δεδομένα γίνονται εξαιρετικά πολύπλοκα όσο περισσότεροι νευρώνες καταγράφονται ανεξάρτητα. Για να αποκτήσει μια διαισθητική κατανόηση των δεδομένων, να οπτικοποιήσει τη νευρωνική δραστηριότητα και να σχηματίσει υποθέσεις, η ομάδα μείωσε επιτυχώς τον αριθμό των διαστάσεων στα δεδομένα, με κάποιους τρόπους όπως η μετατροπή μιας τρισδιάστατης εικόνας σε επίπεδη και χωρίς να χάσει την ακεραιότητα των δεδομένων. .

«Εργαστήκαμε για να βγάλουμε τον εξωτερικό κόσμο από την εξίσωση και εξετάσαμε τους μηχανισμούς με τους οποίους ο εγκέφαλος των θηλαστικών εγγενώς και υποσυνείδητα επισημαίνει κάποιες αναμνήσεις για να γίνουν μόνιμες», είπε ο πρώτος συγγραφέας Wannan (Winnie) Yang, PhD, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Buzsáki’s. εργαστήριο. «Το γιατί εξελίχθηκε ένα τέτοιο σύστημα εξακολουθεί να είναι ένα μυστήριο, αλλά μελλοντική έρευνα μπορεί να αποκαλύψει συσκευές ή θεραπείες που μπορούν να προσαρμόσουν τους έντονους κυματισμούς για να βελτιώσουν τη μνήμη ή ακόμα και να μειώσουν την ανάκληση τραυματικών γεγονότων».

photo: pixabay