Сон после учёбы укрепляет связи между клетками мозга и улучшает память

Новое исследование неврологов из Медицинского центра имени Лэнгона при нью-йоркском университете подтверждает, что после длительного заучивания новой информации необходимо поспать.

В ходе экспериментов учёные доказали, что сон в таких случаях способствует росту дендритных шипиков, крошечных выступов в клетках головного мозга, которые подключаются к другим нейронам и облегчают прохождение информации через синапсы, переходы между клетками мозга. Кроме того, выяснилось, что активность клеток головного мозга во время фазы глубокого или медленного сна, после обучения имеет решающее значение для такого роста.

Выводы из экспериментов, проведённых на мышах, представляют собой важные доказательства гипотезы о том, что сон помогает накапливать знания и укреплять память. Обучение и последующий сон способствуют развитию физических изменений в моторной коре, области мозга, ответственной за совершение произвольных движений.

"Довольно давно известно, что сон играет важную роль в процессе обучения и запоминания. Поэтому мы лишь пытались выяснить, какой физический механизм несёт ответственность за эту связь. Результаты нашей работы показали, что сон помогает нейронам формировать весьма специфические соединения на дендритных ветвях, которые способствуют развитию долговременной памяти. Мы также узнали, что различные типы обучения формируют синапсы на разных ветвях одних и тех же нейронов. Это позволяет предположить, что обучение вызывает весьма специфические структурные изменения в мозге", — сообщает ведущий автор исследования, невролог и физиолог Вэнь-Бяо Ган (Wen-Biao Gan).

Учёные поясняют, что на с точки зрения клеточной активности сон вовсе не является отдыхом. Нейроны, которые загораются, когда мы заучиваем новую информацию во время бодрствования, вновь активизируются в ходе фазы глубокого сна. В это же время мозговые волны замедляются, глаза бегают из стороны в сторону, а сны прекращаются. Именно в этот момент происходит формирование новых воспоминаний, но какие структурные изменения за это отвечают, оставалось непонятным до сих пор.

Для поиска ответов на этот вопрос доктор Ган и его коллеги генетически модифицировали мышей таким образом, чтобы те экспрессировали флуоресцентный белок в нейронах. С помощью специального лазерного сканирующего микроскопа, который выявляет светящиеся флуоресцентные белки в моторной коре, учёные проследили за процессом роста дендритных шипиков вдоль отдельных дендритных ветвей.

Осмотр проводили двум группам мышей. Первые из них сначала учились балансировать на вращающейся жёрдочке, а затем осматривались, а вторые сначала проходили осмотр, и лишь потом приступали к тренировкам. Со временем мыши научились балансировать на стержне, даже когда тот вращался быстрее обычного.

"Этот навык похож на умение ездить на велосипеде: однажды научившись, вы уже не забудете, как это делать", — поясняет доктор Ган в пресс-релизе.

Исследователи пришли к выводу, что рост дендритных шипиков происходит в течение шести часов после тренировки. После этого они решили выяснить, какую роль во всём этом комплексном процессе формарования новых навыков играет сон.

Ган и его коллеги вновь разделили мышей на две группы: все грызуны тренировались балансировать на жёрдочке на протяжении часа, но после тренировки одни ложились спать, а другие продолжали бодрствовать целых семь часов после обучения. Учёные обнаружили, что лишённые сна мыши демонстрировали намного более скудный рост дендритных шипиков, чем их отдохнувшие собратья.

К тому же, выяснилось, что тип обучающей задачи способствует росту шипиков на разных ветвях. Например, когда мыши бегали вперёд по вращающейся жёрдочке, росли шипики на одной ветви, а когда те же грызуны пятились назад по стержню, шипики появлялись уже в другом месте.

Наконец, учёные показали, что клетки мозга в моторной коре, которые активизируются когда мыши обучаются, вновь загораются во время фазы глубокого сна. Нарушение этого процесса приводит к прекращению роста дендритных шипиков.

Результаты исследования, изложенные в статье журнала Science, пригодятся не только студентам, которые любят зубрить билеты в ночь перед экзаменом и "сидеть" на энергетиках, но и учёным, которые занимаются заболеваниями двигательной коры. Новые сведения помогут ускорять лечение тяжёлых заболеваний, без дополнительно инвазивного или медикаментозного вмешательства.