Активность моторной коры, возникающая во время выполнения заданий, повторяется и после — во время отдыха и сна. Это выяснили американские ученые, изучив паттерны активности мозга двух парализованных людей с вживленными в кору микроэлектродами. Повторение активности оказалось характерным для много раз повторенной и успешно выученной информации, поэтому результаты работы помогают уточнить процесс консолидации памяти во время сна, пишут ученые в Cell Reports.
Воспоминания в головном мозге можно описать в виде определенных последовательностей электрической активности: например, для того, чтобы эти воспоминания воспроизвести, мозгу необходимо повторить активность, причем в том же порядке, в котором она была получена при запоминании. При этом между получением какой-то информации и ее последующим воспроизведением есть еще один этап — консолидация, то есть переход воспоминаний из кратковременной памяти в долговременную.
По сути, процесс консолидации тоже должен быть основан на воспроизведении активности, полученной во время формирования воспоминания, но до сих пор неизвестны все подробности этого процесса: в частности, неизвестно, какую роль в нем играют другие участки мозга помимо гиппокампа — главного для памяти.
Жану-Батисту Эйхенлаубу (Jean-Baptiste Eichenlaub) из Общеклинической больницы штата Массачусетс и его коллегам удалось провести исследование активности нейронов в процессе консолидации на живых людях — двух участниках клинического испытания проекта BrainGate2. В ходе проекта парализованным людям в область моторной коры головного мозга вживили электроды: с помощью них в прошлом году уже удалось разработать нейроинтерфейс для управления планшетом. В новом исследовании ученые также использовали нейроинтерфейс для того, чтобы участники могли перемещать курсор по экрану.
В качестве задания участникам необходимо было поиграть в подобие детской развивающей игры «Саймон»: в ней используется круг, разделенный на четыре части, которые по очереди загораются определенным цветом. Участникам показывали такой круг на экране, а после того, как каждый отсек загорался и гас в определенной последовательности, их просили ее повторить. Курсор перемещался с помощью нейтроинтерфейса: участники представляли, как двигают рукой, чтобы переместить курсор в определенное место на экране, и он двигался благодаря появляющейся в этой момент активности моторной коры.
Последовательности показывали по несколько раз и чередовали их с контрольными последовательностями, которые не повторялись: так удалось выделить ту активность, которая наблюдалась при выученных и успешно повторенных последовательностях. По окончании заданий участникам вновь позволили немного отдохнуть и поспать.
На всех этапах задания активность моторной коры участников регистрировали, а затем — анализировали по 40 разным спайкам, которые использовались для работы нейроинтерфейса изначально. Из полученной активности ученые выделили паттерны активности, которые были характерны для попадания в цель — то есть в нужную часть круга на каждом этапе задания.
Из всех спайков, зарегистрированных во время отдыха после выполнения задания, 0,68 процента были такими же, как и при выполнении задания. Напротив, во время отдыха до выполнения задания таких спайков было 0,39 процента. Разница оказалась статистически значимой (p = 0,0065). Интересно, что эта разница наблюдалась только для выученных и повторенных последовательностей, а не для контрольных. Кроме того, оказалось, что подобное повторение характерно, с одной стороны, для отдыха без сна, а с другой — для первой фазы медленного сна.
Авторы заключили, что во время отдыха моторная кора участников в действительности повторяет активность, наблюдаемую во время выполнения задания до отдыха, — но только ту, которая была выучена. Авторам, таким образом, удалось не только показать, что во время сна выученная информация повторяется в виде такой же нейронной активности, но и уточнить роль различных участков коры — по крайней мере тех, которые в изначальном процессе формирования воспоминаний участвуют.
Консолидация воспоминаний в действительности активнее всего происходит именно во время сна — и именно в это время память наиболее подвержена влиянию различных внешних факторов, которые, например, могут улучшить запоминание информации. Недавно ученые выяснили, что если людям включать одну и ту же музыку во время лекций, а затем — когда они спят, то информация запомнится лучше.
Елизавета Ивтушок