О чем думает спящий мозг?

Благодаря уникальной системе, которая расшифровывает активность мозга во время сна, команда UNIGE расшифровывает нейронные механизмы консолидации памяти, - пишет sciencesources.eurekalert.org со ссылкой на Nature Communications.

Мы спим в среднем треть нашей жизни. Но что делает мозг в эти долгие часы? Используя подход искусственного интеллекта, способный расшифровывать активность мозга во время сна, ученые из Женевского университета (UNIGE, Швейцария) смогли получить представление о том, о чем мы думаем, когда спим. Комбинируя функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) и электроэнцефалографию (ЭЭГ), женевская команда предоставляет беспрецедентные доказательства того, что работа по сортировке тысяч единиц информации, обрабатываемых в течение дня, происходит во время глубокого сна. Действительно, в это время мозг, который больше не получает внешних стимулов, может оценить все эти воспоминания, чтобы сохранить только самые полезные. Для этого он устанавливает внутренний диалог между своими регионами. Более того, связь награды с определенной информацией побуждает мозг запоминать ее в долгосрочной перспективе.

В отсутствие инструментов, способных транслировать мозговую активность, содержание наших спящих мыслей остается недоступным. Однако мы знаем, что сон играет важную роль в консолидации памяти и управлении эмоциями: когда мы спим, наш мозг реактивирует следы памяти, накопленные в течение дня, и помогает нам регулировать эмоции. «Чтобы узнать, какие области мозга активируются во время сна, и расшифровать, как эти области позволяют нам консолидировать нашу память, мы разработали декодер, способный расшифровывать активность мозга во время глубокого сна и находить то, чему она соответствует, - объясняет Вирджиния Стерпенич - научный сотрудник лаборатории профессора Софи Шварц на кафедре фундаментальных нейронаук медицинского факультета UNIGE и главный исследователь. - В частности, мы хотели увидеть, насколько большую роль играют положительные эмоции в этом процессе».

Во время глубокого сна гиппокамп - структура височной доли, которая хранит временные следы недавних событий - отправляет обратно в кору головного мозга информацию, которую он хранил в течение дня. Устанавливается диалог, который позволяет консолидировать память, воспроизводя события дня, и, таким образом, укрепляет связь между нейронами.

Для проведения эксперимента ранним вечером ученые поместили добровольцев в МРТ и заставили их поиграть в две видеоигры - игру с распознаванием лиц, похожую на «Угадай, кто?», и трехмерный лабиринт, из которого нужно найти выход. Эти игры были выбраны потому, что они активируют очень разные области мозга и поэтому их легче различить на МРТ-изображениях. Кроме того, игры были сфальсифицированы без ведома добровольцев так, чтобы можно было выиграть только одну из двух игр (половина добровольцев выиграла одну, а другая половина выиграла вторую), чтобы мозг ассоциировал выигранную игру с положительными эмоциями.

Затем добровольцы спали в МРТ в течение одного или двух часов - продолжительность цикла сна - и их мозговая активность была снова записана. «Мы объединили ЭЭГ, которая измеряет состояния сна, и функциональную МРТ, которая делает снимок активности мозга каждые две секунды, а затем использовали «нейронный декодер», чтобы определить, возникла ли активность мозга, наблюдаемая во время игрового периода, спонтанно во время сна», - объяснила Софи Шварц.

Даже во сне мозг любит награды

Сравнивая МРТ фаз бодрствования и сна, ученые заметили, что во время глубокого сна паттерны активации мозга были очень похожи на те, что были записаны во время игровой фазы. «И очень ясно, что мозг заново пережил выигранную игру, а не проигранную игру, повторно активировав области, используемые во время бодрствования. Как только вы ложитесь спать, активность мозга меняется. Постепенно наши добровольцы начали «думать» об обеих играх, а затем почти исключительно об игре, которую они выиграли, когда погрузились в глубокий сон», - говорит Виржини Стерпенич.

Двумя днями позже добровольцы провели тест на память: с одной стороны, они узнали все лица в игре, а с другой - нашли начальную точку лабиринта. Здесь опять же, чем больше областей мозга, связанных с игрой, активировалось во время сна, тем лучше были показатели памяти. Таким образом, память, связанная с вознаграждением, консолидируется активнее, когда она спонтанно реактивируется во время сна. Этой работой женевская команда открывает новую перспективу в изучении спящего мозга и той невероятной работы, которую он выполняет каждую ночь.

[Фото: ru.123rf.com/profile_beatrizgj/]