Koordinované používanie elektrických alebo svetelných stimulov počas odpočinku je krokom vpred vo vývoji klinických riešení pre ochorenia, ktoré ovplyvňujú schopnosť zapamätávať si
Nová štúdia, ktorú vykonala Cornell University, ukazuje, že pôsobenie na mozog v správnych momentoch spánku môže premeniť spomienky z krehkých na trvalé. Experimenty na zvieratách ukázali, že použitím ľahkých stimulov mozgu v určitých fázach odpočinku je možné dosiahnuť, že informácie, ktoré by sa za normálnych okolností zabudli, zostanú v pamäti pevnejšie.
Tento objav otvára nové možnosti liečby ochorení, ako je Alzheimerova choroba a iné poruchy pamäti, čím obnovuje záujem o pochopenie toho, ako spánok ovplyvňuje zdravie mozgu a proces učenia.
Ako prebiehal experiment
Toto zistenie bolo potvrdené experimentmi vykonanými na myšiach. Vedci nechali zvieratá päť minút skúmať nový objekt – jednoduchý experiment, ktorý však predpokladal vytvorenie spomienky.
Potom počkali štyri hodiny a zhodnotili, či si myši zachovali spomienku na tento objekt. Za normálnych podmienok si drvivá väčšina zvierat túto skúsenosť zabudla a keď sa s objektom stretli znova, správali sa k nemu ako k niečomu úplne neznámemu. Situácia sa však výrazne zmenila pri použití stimulácie mozgu v určitých momentoch spánku.
Vedci použili stratégiu, pri ktorej sledovali mozgovú aktivitu myší počas spánku a čakali na výskyt veľmi konkrétnych signálov: takzvaných veľkých vlnových výbojov. Keď sa tieto vlny objavili, použili ľahkú elektrickú alebo svetelnú stimuláciu v určitej oblasti mozgu. Výsledok bol ohromujúci: myši, ktoré dostali príslušnú stimuláciu počas spánku, si skutočne spomenuli na objekt, ktorý videli skôr, čo sa nedeje u zvierat, ktoré spia bez akéhokoľvek vplyvu na ich mozog.
Ešte dôležitejšie je, že tento výsledok sa opakoval u myší, ktoré boli geneticky modifikované tak, aby vykazovali deficit pamäti podobný tomu, ktorý sa pozoruje pri neurodegeneratívnych ochoreniach, ako je Alzheimerova choroba. U nich stimulácia počas spánku umožnila obnoviť časť schopnosti zapamätať si nedávne udalosti, čo je ekvivalentné zlepšeniu pamäti v mozgu s poruchami.
Čo sa deje v mozgu počas spánku?
Počas nášho odpočinku sa mozog nevypína a neprestáva fungovať, ale vykonáva úlohy potrebné na učenie a uchovávanie spomienok. Jednou z týchto úloh je konsolidácia pamäti, v dôsledku ktorej sa nedávne spomienky menia na dlhodobé.
Tento proces do veľkej miery závisí od veľkých výkyvov vĺn (sharp-wave ripples) – veľmi krátkych elektrických signálov, ktoré trvajú približne 100 milisekúnd. Ako vysvetlil Antonio Fernández-Ruiz, profesor Cornellovej univerzity, tieto vlny zrejme fungujú ako vnútorné správy mozgu, ktoré prenášajú informácie z hipokampu – oblasti, kde sa najskôr ukladajú spomienky – do neokortexu, kde sa formujú dlhodobé spomienky.
Výskumný tím zistil, že u myší, ktoré si nedokázali spomenúť na zážitky, sa tieto vlny objavovali slabo alebo zriedka. Naopak, keď boli vlny silné a početné, spomienky zostali zachované aj po spánku. Toto zistenie naznačuje, že kvalita mozgových vĺn počas spánku priamo ovplyvňuje pamäť.
Ako sa im podarilo posilniť pamäť?
Aby pomohli mozgu lepšie upevniť spomienky, vedci použili optogenetiku, pokrokovú techniku, ktorá umožňuje aktivovať alebo inhibovať neuróny pomocou svetelných impulzov smerovaných na určité oblasti mozgu pomocou optických vlákien.
Predtým museli výskumníci presne určiť, kedy presne počas spánku dochádza k veľkým výkyvom vĺn. Stimulácia sa tak aplikovala len v správnom momente, čím sa posilnil proces prenosu spomienok z krátkodobej pamäti do dlhodobej.
Vďaka tomuto postupu si myši zachovali spomienky, ktoré by za bežných okolností stratili. Dokonca aj zvieratá s kognitívnymi poruchami vykazovali výrazné zlepšenie, čo naznačuje, že cielená stimulácia mozgu počas spánku poskytuje reálnu možnosť liečiť závažné problémy s pamäťou.
Prečo je tento objav dôležitý?
Neurodegeneratívne ochorenia, ako je Alzheimerova choroba, majú spoločné poruchy schopnosti mozgu zaznamenávať nové spomienky. Pri týchto ochoreniach je proces konsolidácie pamäti narušený alebo oslabený, čo vedie k postupnému zabúdaniu a ťažkostiam s prístupom k nedávnym informáciám.
Výskum Cornellovej univerzity predpokladá, že manipulácia s mozgom v kritických momentoch spánku môže kompenzovať tieto poruchy, čím umožňuje ľuďom dlhšie uchovávať svoje spomienky.
Ďalšie fázy výskumu zahŕňajú použitie tejto techniky na myšiach s genetickými modelmi Alzheimerovej choroby a spoluprácu s inými vedeckými skupinami na posúdenie terapeutického potenciálu v zložitých prípadoch. Dlhodobým cieľom je vývoj klinických liečebných metód, ktoré zlepšujú kvalitu života ľudí trpiacich poruchami pamäti.
