Μεγάλες ομάδες νευρώνων σε μια περιοχή του εγκεφάλου που ονομάζεται ιππόκαμπος πυροδοτούνται μαζί σε ρυθμικούς κύκλους, δημιουργώντας αλληλουχίες σημάτων μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Οι νευροεπιστήμονες έχουν καθιερώσει τις τελευταίες δεκαετίες την ιδέα ότι ορισμένες από τις εμπειρίες κάθε ημέρας μετατρέπονται από τον εγκέφαλο σε μόνιμες αναμνήσεις κατά τη διάρκεια του ύπνου το ίδιο βράδυ. Τώρα, μια νέα μελέτη προτείνει έναν μηχανισμό που καθορίζει ποιες αναμνήσεις επισημαίνονται ως αρκετά σημαντικές ώστε να παραμένουν στον εγκέφαλο έως ότου ο ύπνος τις κάνει μόνιμες.
Με επικεφαλής ερευνητές από τη Σχολή Ιατρικής του NYU Grossman, η μελέτη περιστρέφεται γύρω από εγκεφαλικά κύτταρα που ονομάζονται νευρώνες που «πυροδοτούν» -ή επιφέρουν μεταβολές στην ισορροπία των θετικών και αρνητικών φορτίων τους- για να μεταδώσουν ηλεκτρικά σήματα που κωδικοποιούν τις μνήμες. Μεγάλες ομάδες νευρώνων σε μια περιοχή του εγκεφάλου που ονομάζεται ιππόκαμπος πυροδοτούνται μαζί σε ρυθμικούς κύκλους, δημιουργώντας αλληλουχίες σημάτων μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου το ένα από το άλλο που μπορούν να κωδικοποιήσουν σύνθετες πληροφορίες.
Ονομάζονται “αιχμηροί κυματισμοί” αυτές οι “κραυγές” προς τον υπόλοιπο εγκέφαλο αντιπροσωπεύουν την σχεδόν ταυτόχρονη πυροδότηση του 15% των νευρώνων του ιππόκαμπου και ονομάζονται για το σχήμα που παίρνουν όταν η δραστηριότητά τους καταγράφεται από ηλεκτρόδια και καταγράφεται σε γραφική παράσταση.
Ενώ προηγούμενες μελέτες είχαν συνδέσει τους κυματισμούς με το σχηματισμό μνήμης κατά τη διάρκεια του ύπνου, η νέα μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο διαδίκτυο στο περιοδικό Science, διαπίστωσε ότι τα ημερήσια γεγονότα ακολουθούμενα αμέσως από πέντε έως 20 απότομους κυματισμούς επαναλαμβάνονται περισσότερο κατά τη διάρκεια του ύπνου και έτσι ενοποιούνται σε μόνιμες αναμνήσεις. Γεγονότα που ακολουθήθηκαν από πολύ λίγους ή καθόλου αιχμηρούς κυματισμούς απέτυχαν να σχηματίσουν μόνιμες αναμνήσεις.
«Η μελέτη μας διαπιστώνει ότι οι απότομοι κυματισμοί είναι ο φυσιολογικός μηχανισμός που χρησιμοποιεί ο εγκέφαλος για να «αποφασίσει» τι να κρατήσει και τι να απορρίψει», δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης György Buzsáki, MD, Ph.D., καθηγητής Νευροεπιστήμης Biggs. το Τμήμα Νευροεπιστήμης και Φυσιολογίας στο NYU Langone Health.
Η νέα μελέτη βασίζεται σε ένα γνωστό μοτίβο: τα θηλαστικά, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, βιώνουν τον κόσμο για λίγες στιγμές, μετά κάνουν παύση, μετά βιώνουν λίγο περισσότερο και μετά ξαναπαύουν. Αφού προσέχουμε κάτι, λένε οι συγγραφείς της μελέτης, ο υπολογισμός του εγκεφάλου συχνά μεταβαίνει σε μια «αδράνεια» λειτουργία επαναξιολόγησης. Τέτοιες στιγμιαίες παύσεις συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά οι μεγαλύτερες περίοδοι αδράνειας συμβαίνουν κατά τη διάρκεια του ύπνου.
Ο Buzsaki και οι συνεργάτες του είχαν διαπιστώσει προηγουμένως ότι δεν εμφανίζονται αιχμηρές κυματισμοί καθώς εξερευνούμε ενεργά τις αισθητηριακές πληροφορίες ή κινούμαστε, αλλά μόνο κατά τη διάρκεια των παύσεων αδράνειας πριν ή μετά. Η τρέχουσα μελέτη διαπίστωσε ότι οι αιχμηρές κυματισμοί αντιπροσωπεύουν τον φυσικό μηχανισμό σήμανσης κατά τη διάρκεια τέτοιων παύσεων μετά από εμπειρίες αφύπνισης, με τα μοτίβα νευρώνων με ετικέτα να ενεργοποιούνται ξανά κατά τη διάρκεια του ύπνου μετά την εργασία.
Είναι σημαντικό ότι οι αιχμηρές κυματισμοί είναι γνωστό ότι αποτελούν την εκτόξευση ιπποκαμπικών «κυττάρων θέσης» με μια συγκεκριμένη σειρά που κωδικοποιεί κάθε δωμάτιο που μπαίνουμε και κάθε βραχίονα ενός λαβύρινθου που εισέρχεται από ένα ποντίκι. Για αναμνήσεις που απομνημονεύονται, αυτά τα ίδια κελιά πυροδοτούν με μεγάλη ταχύτητα, καθώς κοιμόμαστε, «παίζοντας πίσω το καταγεγραμμένο συμβάν χιλιάδες φορές τη νύχτα». Η διαδικασία ενισχύει τις συνδέσεις μεταξύ των εμπλεκόμενων κυττάρων.
Για την τρέχουσα μελέτη, διαδοχικές διαδρομές λαβυρίνθου από ποντίκια μελέτης παρακολουθήθηκαν μέσω ηλεκτροδίων από πληθυσμούς κυττάρων ιππόκαμπου που άλλαζαν συνεχώς με την πάροδο του χρόνου παρά την καταγραφή πολύ όμοιων εμπειριών. Αυτό αποκάλυψε για πρώτη φορά τις διαδρομές του λαβύρινθου κατά τις οποίες εμφανίστηκαν κυματισμοί κατά τη διάρκεια των παύσεων αφύπνισης και στη συνέχεια επαναλαμβάνονταν κατά τη διάρκεια του ύπνου.
Οι απότομοι κυματισμοί των κυμάτων καταγράφονταν συνήθως όταν ένα ποντίκι σταματούσε για να απολαύσει μια γλυκιά λιχουδιά μετά από κάθε τρέξιμο λαβύρινθου. Η κατανάλωση της ανταμοιβής, λένε οι συγγραφείς, προετοίμασε τον εγκέφαλο να μεταβεί από ένα διερευνητικό σε ένα αδρανές μοτίβο, έτσι ώστε να προκύψουν απότομοι κυματισμοί.
Χρησιμοποιώντας ανιχνευτές πυριτίου διπλής όψης, η ερευνητική ομάδα μπόρεσε να καταγράψει έως και 500 νευρώνες ταυτόχρονα στον ιππόκαμπο των ζώων κατά τη διάρκεια περιόδων λαβύρινθου. Αυτό με τη σειρά του δημιούργησε μια πρόκληση επειδή τα δεδομένα γίνονται εξαιρετικά πολύπλοκα όσο περισσότεροι νευρώνες καταγράφονται ανεξάρτητα.
Για να αποκτήσει μια διαισθητική κατανόηση των δεδομένων, να οπτικοποιήσει τη νευρωνική δραστηριότητα και να σχηματίσει υποθέσεις, η ομάδα μείωσε επιτυχώς τον αριθμό των διαστάσεων στα δεδομένα, με κάποιους τρόπους όπως η μετατροπή μιας τρισδιάστατης εικόνας σε επίπεδη και χωρίς να χάσει την ακεραιότητα των δεδομένων. .
«Εργαστήκαμε για να βγάλουμε τον εξωτερικό κόσμο από την εξίσωση και εξετάσαμε τους μηχανισμούς με τους οποίους ο εγκέφαλος των θηλαστικών εγγενώς και υποσυνείδητα επισημαίνει κάποιες αναμνήσεις για να γίνουν μόνιμες», δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας Wannan (Winnie) Yang, Ph.D., απόφοιτος μαθητής στο εργαστήριο του Buzsáki.
«Το γιατί εξελίχθηκε ένα τέτοιο σύστημα εξακολουθεί να είναι μυστήριο, αλλά μελλοντική έρευνα μπορεί να αποκαλύψει συσκευές ή θεραπείες που μπορούν να προσαρμόσουν τους έντονους κυματισμούς για να βελτιώσουν τη μνήμη ή ακόμα και να μειώσουν την ανάκληση τραυματικών γεγονότων».
Διαβάστε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις για την υγεία από την Ελλάδα και τον ΚόσμοΑκολουθήστε το healthweb.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
