«Масштаб и скорость волн принцессы Леи в коре головного мозга беспрецедентны, открытие, которое продвигает исследования мозга через инициативу по продвижению инновационных нейротехнологий (BRAIN)», — говорит Терренс Сейновски, глава лаборатории вычислительной нейробиологии Солка.
Кратковременная память о событиях хранится в области мозга, называемой гиппокампом.
Однако долговременные воспоминания закодированы в неокортексе. Передача воспоминаний из гиппокампа в неокортекс называется консолидацией памяти и происходит во время сна.
Сонные веретена — тип мозговых волн, который, как известно, возникает на самых ранних стадиях медленного сна, — связаны с консолидацией памяти. Предыдущие исследования показали, что чем больше веретен во сне обнаруживает человеческий мозг за ночь, тем больше цифр он запомнит на следующий день.
Но как именно эти веретена сна связаны с памятью, было неясно, и ученые были ограничены тем фактом, что электроды могли обнаруживать эти веретена только в одном месте мозга за раз.
«В течение долгого времени исследователям нейробиологии приходилось регистрировать активность в одной точке мозга за раз и объединять множество точек данных, не видя одновременно всей картины», — говорит Лайл Мюллер, научный сотрудник Солка и первый автор новой работы. Ученые долгое время считали, что каждое колебание веретена сна достигает пика в одно и то же время повсюду в неокортексе головного мозга.
Однако Сейновски и Мюллер хотели увидеть более широкую картину и обратились к крупномасштабным записям, называемым внутричерепными электрокортикограммами (ЭКоГ), которые могут измерять активность во многих областях мозга одновременно. Пациентам с эпилепсией часто в мозг временно имплантируют массивы ЭКоГ для определения местоположения эпилептических припадков в головном мозге, поэтому ученые смогли изучить все данные, полученные от пяти таких пациентов, в здоровые ночи без припадков.
Когда они обрабатывали данные ЭКоГ каждую ночь, исследователей ждал сюрприз: шпиндели сна не достигают пика одновременно во всех частях коры головного мозга. Вместо этого колебания распространялись по кругу вокруг неокортекса и вокруг него, достигая пика в одной области, а затем — через несколько миллисекунд — в соседней области.
«Мы думаем, что эта организация мозговой активности позволяет нейронам общаться с нейронами в других областях», — говорит Мюллер. "Временной масштаб, с которым распространяются эти волны, — это та же скорость, которая требуется нейронам для взаимодействия друг с другом."
В течение ночи исследователи наблюдали одни и те же модели вращения, каждая из которых длилась около 70 миллисекунд, но повторялась сотни и сотни раз в течение нескольких часов.
Зачем различным областям неокортекса необходимо общаться для хранения воспоминаний??
Одна единственная память состоит из разных компонентов (запах, звук, визуальные эффекты), которые хранятся в разных областях коры головного мозга. По мере того, как память консолидируется, Мюллер и Сейновски предполагают, что круговые волны веретена сна помогают формировать связи между этими различными аспектами одного воспоминания.
«Если мы поймем, как воспоминания так связаны в мозгу, мы потенциально могли бы придумать методы для разрушения воспоминаний после травмы», — говорит Сейновски. "Есть также расстройства, в том числе шизофрения, которые влияют на веретена сна, так что это действительно интересная тема для дальнейшего изучения."