Мозг проигрывает воспоминания во время сна

Если иногда во сне вы видите события из прошлого, то возможно это и правда неспроста. Оказалось, во время сна мозг работает над тем, чтобы закрепить и упорядочить воспоминания. На самом деле ученым давно известно, что мозгу нужен сон, чтобы пересмотреть события дня и перенести их в отделы длительного хранения воспоминаний. Вот почему перед экзаменом студентам часто советуют учиться перед сном – чтобы хорошо запомнить материал. Однако механизм, с помощью которого мозг хранит воспоминания, плохо изучен. Недавно крошечные микроэлектроды, помещенные в мозг двух пациентов с эпилепсией, впервые показали, как именно нейроны мозга активизируются во время сна, чтобы «воспроизвести» наши кратковременные воспоминания и переместить их в постоянное хранилище.

Несмотря на десятилетия исследований, до сих пор остается несколько неясным, как "кратковременные" воспоминания извлекаются, чтобы стать "долгосрочными" и как попадают в хранилище. Использование интерфейса мозг-компьютер – это захватывающий способ изучения памяти, поскольку он может записывать паттерны активности клеток мозга, а затем искать их.

Отслеживание отдельных нейронов

Исследование, результаты которого опубликованы в журнале Cell Reports, проводилось с помощью Брейнгейт (Braingate) – устройства, созданного совместными усилиями ученых из университета Брауна, Стэнфордского университета и университета Кейс-Вестерн-Резерв. Последние 10 лет исследователи занимались разработкой интерфейсов мозг-компьютер, которые позволяют людям с боковым амиотрофическим склерозом (ALS) и другими неврологическими заболеваниями, черепно-мозговой травмой или потерей конечностей использовать мозговые сигналы для перемещения компьютерных курсоров, роботизированных рук и других вспомогательных устройств.

В ходе нового исследования хирурги имплантировали крошечные электроды в верхнюю часть мозга двух парализованных пациентов, и попросили их думать о движении руки в определенном направлении. Отображая поведение нейронов во время мышления, декодер может перевести мысль в речь или в действие с помощью роботизированных протезов и других вспомогательных устройств. Недавно главный редактор Hi-News.ru Ренат Гришин рассказывал о потрясающем устройстве, которое переводит мысли в текст.

Нейрон – электрически возбудимая клетка, которая обрабатывает, хранит и передает информацию с помощью электрических и химических сигналов.

Как пишут авторы работы, у разных нейронов разные предпочтительные направления. Некоторые увеличивают скорость всякий раз, когда человек хочет переместить свою руку вверх; другие, когда человек хочет двигаться вправо или влево. Теперь, благодаря проделанной работе, по паттерну активации нейронов ученые могут определить в каком направлении человек собирается двигать рукой.

Во время эксперимента двум пациентам с имплантированными устройствами было предложено вздремнуть. Во время сна их нейронная активность регистрировалась как исходная. Затем каждый играл в смоделированную по образцу электронной игры Simon 1980-х годов, в которой игрокам предлагалось повторить тот же порядок легких движений, что только что показанная игра. Конечно, оба испытуемых не двигали конечностями, как делал это Саймон. Они использовали свой разум, чтобы повторить действия игры – в это время нейронная активность была записана. Результаты показали, что во время дневного сна активность нейронов была идентична той, что регистрировалась во время реальной игры двух испытуемых. Это означает, что их мозг продолжал играть после того, как они засыпали, воспроизводя те же самые паттерны в своем мозгу.

Ученые читают мысли

Как пишет Newsweek, полное понимание того, как именно воспоминания хранятся в мозге может помочь раскрыть механизм работы основных функций мозга. Более того, использование такой технологии для изучения нейронной активности во время сна – беспрецедентно. Авторы исследования надеются, что в будущем смогут разработать более эффективные методы лечения заболеваний, вызывающих нарушения памяти, таких как болезнь Альцгеймера.

Частично парализованный мужчина управляет роботизированной конечностью с помощью устройства Braingate

Напомню, что сон – жизненно важный процесс, в котором исследователи пытаются разобраться не первое столетие. Так, всего три года назад широкой общественности стало известно о циркадных ритмах – ритмах с периодом около 24 часов, которые есть у всех живых существ на Земле и которые – в том числе – ответственны за время сна и бодрствования. А еще мой коллега Артем Сутягин написал подробный и увлекательный материал о причинах, по которым людям вообще снятся сны. Настоятельно рекомендую к прочтению.

Заканчивая эту статью не могу не упомянуть о том, что исследование не лишено ограничений: в качестве испытуемых выступили всего два пациента. Однако не менее важно отметить, что устройство Braingate в целом используется крайне редко – так, за все время было имплантировано всего 12 таких устройств. Но как бы там ни было, это никоим образом не умаляет того факта, что мы все ближе и ближе к самому настоящему чтению мыслей. И даже больше.