Pamäťová komunikácia znamená hipokampus a mozgovú kôru
Menej presne spojená aktivita nervových buniek v hipokampe a v mozgovej kôre zhoršuje pamäť.
Mozog pracuje neustále, vo dne aj v noci. Počas spánku zaisťuje, že to, čo zažívame počas dňa, zostane natrvalo dostupné v našej pamäti. Tento proces sa nazýva konsolidácia. Konsolidácia vyžaduje, aby boli pomalé rytmické vzorce nervovej činnosti čo najpresnejšie spojené s rýchlymi vzormi, najmä počas hlbokého spánku. Vedci teraz dokázali, že starší ľudia so zlou pamäťou stratili toto spojenie.
Aktívne vo dne v noci
Mozog nie je aktívny iba keď sme hore, ale aj keď spíme. V bdelom stave interakcia rôznych oblastí mozgu zaisťuje, že sa môžeme orientovať vo svete, konať a prijímať environmentálne dojmy. Počas spánku sa prezerané, prezerané a konsolidované (alebo dokonca zabudnuté) prezerajú. Preto je spánok nevyhnutný pre dlhodobé ukladanie a vytváranie sietí novo získaných poznatkov, a tým aj pre učenie.
Dôležitosť koordinovanej komunikácie medzi hipokampom a mozgovou kôrou pre pamäť
Pri výmene informácií počas spánku je ústredná časovaná komunikácia medzi hipokampom a mozgovou kôrou. Hipokampus je štruktúra hlboko v mozgu, ktorá je nevyhnutná na rýchle, ale krátkodobé uchovanie novo získaných poznatkov a každodenných skúseností. Spánok teraz umožňuje hipokampu „trénovať“ mozgovú kôru, ktorá sa učí pomalšie, opakovanou reaktiváciou naučeného a postupným zapisovaním. Aby bol tento „tréning“ mozgovej kôry úspešný, vyžaduje si presné načasovanie činnosti nervových buniek v postihnutých mozgových oblastiach.
„Pozorovaním mozgovej aktivity testovaných osôb počas spánku sme teraz dokázali, že ľudia, ktorí zabudnú viac, sa líšia od ostatných v jednom podstatnom bode. Aktivita nervových buniek v hipokampe a v mozgovej kôre je menej zábranlivá u zábudlivejších ľudí. “To vysvetľuje Beate Muehlroth, prvá autorka štúdie a doktorandka vo výskumnom oddelení vývojovej psychológie Max Planck Institute for Human Development (MPIB).
Zviditeľnite mozgovú aktivitu v elektroencefalografii (EEG)
Vedci môžu pomocou elektroencefalografie (EEG) vizualizovať činnosť mozgu počas spánku. EEG meria elektrickú aktivitu, ktorá je generovaná nervovými bunkami počas ich činnosti. Fázy bdenia a spánku sú charakterizované špecifickými vzorcami činnosti rytmických nervových buniek. Najvýraznejším znakom fáz hlbokého spánku sú pomalé rytmy s frekvenciou okolo 0,5 až 4 oscilácií za sekundu, ktoré sa šíria takmer po celej mozgovej kôre. Tieto takzvané „pomalé vlny“ umožňujú koordináciu spracovania nervových informácií vo veľkých častiach mozgu. Takto sa vytvárajú časové okná, v ktorých môže byť pamäť reaktivovaná hipokampom a optimálne sa učiť mozgovou kôrou.
Aktivácia výmeny informácií medzi hipokampom a mozgovou kôrou je v ľudskom EEG charakterizovaná rýchlou aktivitou rytmických nervových buniek s frekvenciou približne 12 až 16 kmitov za sekundu. Kvôli vonkajšej podobnosti s vretenami používanými na spriadanie vlny sú tieto vibračné vzory známe aj ako „spiace vretená“. Optimálne „precvičenie“ mozgovej kôry hipokampom je možné, keď sa spánkové vretená objavia presne v tých časoch, keď pomalé vlny pripravili nervové bunky mozgovej kôry na efektívne spracovanie informácií.
Štúdium pamäti, učenia a udržania
Vedecký tím teraz porovnal schopnosť učenia a pamäte 34 mladších subjektov vo veku od 19 do 28 rokov a 41 starších subjektov vo veku od 63 do 74 rokov pomocou pamäťového testu špeciálne vyvinutého na tento účel. Účastníci strávili noc medzi štúdiom a testom pamäti nasledujúci deň doma. Prenosný spánkový EEG systém tam zaznamenával aktivitu nervových buniek počas spánku. Okrem toho sa v laboratóriu pomocou magnetickej rezonancie (MRT) merala veľkosť a štruktúra oblastí mozgu a pamäti súvisiacich so spánkom.
Podľa očakávania výsledky ukázali, že staršie testované subjekty zabudli v priemere viac ako mladší účastníci. Okrem toho sa ukázalo, že subjekty s menšou pamäťovou kapacitou v noci počas fáz hlbokého spánku mali menej presné spojenie medzi spánkovými vretenami a pomalými vlnami. Podobne ako u človeka, ktorý tlieska tesne za rytmom, spánkové vretená premeškali optimálny čas na „precvičenie“ mozgovej kôry, takže konsolidácia novo naučeného obsahu bola menej úspešná.
Vplyv spojenia dvoch rytmov nervových buniek
"Zistili sme, že väzba dvoch rytmov nervových buniek má tendenciu s vekom klesať a zábudlivosť sa zvyšuje súčasne." To zároveň znamená, že u starších osôb, ktoré dosiahli dobré výsledky v testoch pamäti, sa tiež preukázal podobný model spojenia ako u mladších osôb, “hovorí Markus Werkle-Bergner, hlavný autor a projektový manažér Inštitútu Maxa Plancka pre ľudský rozvoj.
Pri ďalších analýzach bol výskumný tím tiež schopný preukázať, že stupeň spojenia medzi spánkovými vretenami a pomalými vlnami súvisí so štruktúrou oblastí mozgu, ktoré sa podieľajú na ich generovaní. Platí to najmä pre hipokampus a talamus. Tieto tri regióny sú obzvlášť ťažko postihnuté procesmi starnutia.
Vedci majú podozrenie, že starnutie oblastí mozgu súvisiacich s spánkom a pamäťou zhoršuje dlhodobé ukladanie novo získaného obsahu pamäte. Do akej miery ovplyvňujú zmeny správania v spánku a fyziológie spánku v závislosti od veku dlhodobé štrukturálne starnutie mozgu? Sú tieto osoby príčinne zodpovedné za pozorovateľné poruchy spánku s vyšším vekom? Štúdie o budúcom pokroku by mali objasniť tieto otázky.
Muehlroth, B. E., Sander, M. C., Fandakova, Y., Grandy, T. H., Rasch, B., Shing, Y. L. a Werkle-Bergner, M. (2019). Presná väzba pomalého kmitania a vretena podporuje konsolidáciu pamäte u mladších a starších dospelých. Scientific Reports, 9: 1940. doi: 10,1038/s41598-018-36557-z