Nowe badania pokazują neuroplastyczność w czasie rzeczywistym podczas snu, gdzie neurony odtwarzają przeszłe wydarzenia i przewidują przyszłość. Caleb Kemere, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Rice, przyczynił się do powstania tego badania, które zostało opublikowane w czasopiśmie Nature. Badanie pokazuje, jak neurony w hipokampie szczurów dostosowują się i stabilizują pamięć przestrzenną po pierwszym przejściu labiryntu.

Niektóre neurony reagują na określone bodźce. Neurony w korze wzrokowej reagują na bodźce wzrokowe, natomiast neurony, które badamy, mają preferencje co do miejsca.

Neurolodzy Diba i Rice, Caleb Kemere, badają, w jaki sposób neurony te tworzą reprezentację świata po nowych doświadczeniach. Śledzą ostre fale, wzór neuronowy, który pomaga utrwalić nowe wspomnienia. Zaobserwowali, jak neurony te stabilizują wspomnienia przestrzenne podczas odpoczynku.

Sen jest niezbędny do zapamiętywania i uczenia się, o czym świadczą lepsze wyniki testów pamięci po drzemce niż po bezsenności lub doświadczeniu braku snu.

Dziesiątki lat temu naukowcy odkryli, że neurony śpiących zwierząt naśladują eksplorację nowych miejsc. Potwierdza to pogląd, że sen pomaga przekształcić nowe doświadczenia w stabilne wspomnienia, co sugeruje, że neurony hipokampa utrzymują stabilne reprezentacje przestrzenne podczas snu. Naukowcy chcieli jednak zbadać sprawę dalej.

Celem badania prowadzonego przez Kourosha Maboudiego, badacza ze stopniem doktora na Uniwersytecie Michigan, było głębsze zgłębienie neuroplastyczności podczas snu. Caleb Kemere, kluczowy uczestnik badania, wyjaśnia, że ​​postawiono hipotezę, że niektóre neurony mogą zmieniać swoje reprezentacje, podobnie jak czasami budzimy się z nowymi spostrzeżeniami. Aby to przetestować, szczegółowo śledzili, w jaki sposób poszczególne neurony uczą się nowych tras lub środowisk, dostarczając bezcennych informacji na temat zdolności adaptacyjnych mózgu podczas snu.

Naukowcy wytrenowali szczury do biegania po bieżni i zaobserwowali, jak neurony w ich hipokampie „wybuchają”. Obliczając średnią częstotliwość impulsów, oszacowali pole miejsca każdego neuronu lub obszar, w którym był on najbardziej aktywny.

Ich innowacją było podejście do uczenia maszynowego, które mapowało miejsca, o których śniło zwierzę, i wykorzystywało tę informację do oszacowania przestrzennego dostrojenia każdego neuronu podczas snu.

Kamran Diba nazwał możliwość śledzenia preferencji neuronów bez bodźca przełomem. On i Caleb Kemere pochwalili Kourosha Maboudiego, głównego autora badania, za opracowanie tej metody dostrajania.

Metoda wykazała, że ​​większość neuronów utrzymuje stabilne reprezentacje przestrzenne podczas snu po doświadczeniu. Jednak niektóre neurony zrobiły coś więcej niż tylko stabilizację wspomnień.

Kemere odkrył, że niektóre neurony zmieniają się podczas snu, co można potwierdzić, gdy zwierzęta ponownie odwiedzają otoczenie. To tak jakby druga ekspozycja miała miejsce podczas snu. Jest to istotne, ponieważ wykazuje neuroplastyczność podczas snu, w przeciwieństwie do większości badań dotyczących okresów czuwania.

Według Kamrana Diby przebudowa mózgu wymaga szybkich ram czasowych. Zauważa, że ​​doświadczenia mogą trwać od sekund do dni, ale wspomnienia są natychmiastowe. Odwołuje się do idei Marcela Prousta, że ​​krótka pamięć może otworzyć świat przeszłych doświadczeń.

Badanie podkreśla postęp w neurobiologii dzięki nowym sondom neuronowym i uczeniu maszynowemu. Caleb Kemere wyraził optymizm co do postępu przyszłej nauki o mózgu. Wyraził jednak także zaniepokojenie wpływem niedawnych cięć budżetowych na badania.

Neurobiolog zajmujący się ryżem, Caleb Kemere, powiedział: „Jest całkiem możliwe, że gdybyśmy rozpoczęli tę pracę dzisiaj, nie bylibyśmy w stanie przeprowadzić tych eksperymentów i uzyskać takich wyników. „Jesteśmy wdzięczni, że pojawiła się taka szansa”.

Przeczytaj także: Naukowcy monitorowali mózgi odtwarzające wspomnienia w czasie rzeczywistym

Numer czasopisma:

1. Maboudi, K., Giri, B., Miyawaki, H. i in. Ponowne dostrojenie reprezentacji hipokampa podczas snu. Natura. DOI: 10.1038/s41586-024-07397-x.