Naukowcy od dawna wiedzą, że sen jest kluczowy dla utrwalania wspomnień. Jednak nowe badanie z Uniwersytetu Cornella wnosi świeże spojrzenie na to, jak nasz mózg przetwarza nowe informacje podczas snu. Okazuje się, że wielkość źrenic może być kluczowym wskaźnikiem, kiedy nasz mózg “zapisuje” nowe wspomnienia, co może pomóc w stworzeniu nowych metod poprawy funkcji poznawczych.
Czytaj też: To tutaj skrywa się pamięć. Hipokamp w końcu odkrywa swoje tajemnice
Zespół badaczy, kierowany przez prof. Azaharę Olivę, odkrył, że w trakcie jednej z podfazy snu NREM, kiedy źrenice są skurczone, mózg aktywnie odtwarza i konsoliduje niedawno zdobyte informacje. Co ciekawe, ten proces nie zachodzi równomiernie przez całą noc – naprzemiennie odbywa się konsolidacja nowych wspomnień i utrwalanie starych. Dzięki temu unikamy tzw. katastrofalnej interferencji, czyli nadpisywania nowych informacji na starych wspomnieniach.
Sen kluczem do poprawy wspomnień
W eksperymencie przeprowadzonym na myszach naukowcy wykorzystali zaawansowaną technologię, która pozwalała jednocześnie monitorować rozmiar źrenic i aktywność mózgu. Gryzonie zostały wyposażone w specjalne zestawy nagłowne z kamerami na podczerwień, które rejestrowały wielkość źrenic podczas snu oraz w trakcie poruszania się po labiryntach. Jednocześnie do ich hipokampu – struktury odpowiedzialnej za pamięć – wprowadzono sondy monitorujące aktywność neuronalną.
Czytaj też: Nie uwierzysz, gdzie przechowywane są wspomnienia. Naukowcy właśnie to odkryli
Podczas snu naukowcy zauważyli charakterystyczne fale aktywności mózgu, zwane wyładowaniami SWR (Sharp-Wave Ripple), które są kluczowe dla odtwarzania wspomnień. Kiedy myszy miały skurczone źrenice, ich mózg intensywnie odtwarzał wspomnienia z ostatnich doświadczeń. Z kolei rozszerzone źrenice wiązały się z procesem utrwalania starszych informacji.
Badacze posunęli się o krok dalej i za pomocą techniki optogenetyki – precyzyjnej metody wykorzystującej światło do kontrolowania aktywności neuronów – manipulowali aktywnością mózgu myszy podczas snu. Gdy zakłócali procesy zachodzące w fazie skurczonych źrenic, myszy miały trudności z przypominaniem sobie nowych informacji po przebudzeniu. Z kolei zakłócenia w fazie rozszerzonych źrenic nie miały większego wpływu na pamięć krótkoterminową.
Te wyniki sugerują, że mózg wykorzystuje różne podfazy snu NREM do oddzielnego przetwarzania nowych i starych wspomnień. To odkrycie może mieć ogromne znaczenie w leczeniu zaburzeń pamięci, takich jak demencja czy choroba Alzheimera.
Według naukowców odkrycie to może mieć zastosowanie nie tylko w neurologii, ale także w rozwijaniu technologii poprawiających funkcje poznawcze. Jedną z potencjalnych metod jest tzw. celowana reaktualizacja wspomnień (TMR, Targeted Memory Reactivation), polegająca na aktywnym wzmacnianiu pewnych wspomnień podczas snu poprzez bodźce dźwiękowe lub świetlne.
Badania mogą również pomóc w zapobieganiu zjawisku “katastrofalnej interferencji”, które jest dużym wyzwaniem dla sztucznych sieci neuronowych. Ludzki mózg – w przeciwieństwie do komputerowych algorytmów – potrafi skutecznie oddzielać nowe informacje od starych, co pozwala nam uczyć się przez całe życie bez utraty wcześniejszych wspomnień.
Chociaż badania opisane w Nature były przeprowadzone na myszach, naukowcy są przekonani, że wyniki można przenieść na ludzi. Rozmiar źrenic jest często wykorzystywany w badaniach poznawczych jako wskaźnik poziomu pobudzenia i stanu mózgu. Możliwe więc, że już niedługo powstaną metody monitorowania snu u ludzi, które pozwolą precyzyjnie śledzić, w jakim momencie mózg konsoliduje wspomnienia.
W przyszłości może to otworzyć drzwi do nowych terapii poprawiających pamięć, szczególnie u osób z zaburzeniami poznawczymi. Być może pewnego dnia będziemy w stanie dosłownie “zhakować” nasz sen, aby zoptymalizować proces zapamiętywania nowych informacji.
