Исследователи рассказали, почему люди спят

Исследователи рассказали, почему люди спят

Новое понимание активности мозга во время сна может помочь в создании инструментов для тех, кто страдает неврологическими заболеваниями или повреждениями.
Почему люди спят? Этот вопрос обсуждался учеными на протяжении сотен лет, но недавнее исследование Массачусетской больницы общего профиля (MGH) , проведенное в сотрудничестве с экспертами из Университета Брауна, Департамента по делам ветеранов и ряда других учреждений, дает новые подсказки для разгадка этой тайны. Их исследование, которое недавно было опубликовано в Journal of Neuroscience , может помочь объяснить, как люди запоминают вещи и приобретают новые навыки. Это также может помочь в создании вспомогательных средств для людей с неврологическими заболеваниями или травмами.

По словам ведущего автора исследования и невролога Дэниела Рубина, доктора медицинских наук, из Центра нейротехнологий и нейровосстановления MGH, ученым давно известно, что во время сна происходит явление, известное как «воспроизведение». Считается, что воспроизведение — это механизм, используемый мозгом для запоминания новой информации. Когда мышь учат перемещаться по лабиринту, оборудование для мониторинга может показать, что точная структура клеток мозга или нейронов загорается, когда она движется по правильному пути. «Затем, позже, когда животное спит, вы можете видеть, что эти нейроны снова активируются в том же порядке», — говорит Рубин. Ученые предполагают, что именно так мозг использует вновь полученные знания во время сна, позволяя консолидировать воспоминания, то есть превращать кратковременные воспоминания в долговременные.

Однако повторное воспроизведение было правильно показано только на лабораторных животных. «В нейробиологическом сообществе был открытый вопрос: в какой степени эта модель того, как мы учимся, верна для людей? И верно ли это для разных видов обучения?» — спрашивает невролог Сидней С. Кэш, доктор медицинских наук, содиректор Центра нейротехнологий и нейровосстановления в MGH и соавтор исследования. Важно отметить, говорит Кэш, что понимание того, происходит ли воспроизведение при изучении двигательных навыков, может помочь в разработке новых методов лечения и инструментов для людей с неврологическими заболеваниями и травмами.

Чтобы изучить, происходит ли воспроизведение в двигательной коре человека — области мозга, которая управляет движением, — Рубин, Кэш и их коллеги привлекли 36-летнего мужчину с тетраплегией (также называемой квадриплегией), то есть он не может двигать верхней и нижней частью тела. нижние конечности, в его случае из-за травмы спинного мозга. Мужчина, идентифицированный в исследовании как T11, является участником клинических испытаний устройства интерфейса мозг-компьютер, которое позволяет ему использовать компьютерный курсор и клавиатуру на экране. Исследовательское устройство разрабатывается консорциумом BrainGate, совместными усилиями клиницистов, нейробиологов и инженеров из нескольких учреждений с целью создания технологий для восстановления связи, подвижности и независимости для людей с неврологическими заболеваниями, травмами или потерей конечностей. Консорциум возглавляет Ли Р. Хохберг, доктор медицинских наук,

В ходе исследования Т11 попросили выполнить задание на запоминание, аналогичное электронной игре «Саймон», в которой игрок наблюдает за последовательностью мигающих цветных огней, а затем должен вспомнить и воспроизвести эту последовательность. Он управлял курсором на экране компьютера, просто думая о движении собственной руки. Датчики, имплантированные в моторную кору T11, измеряли паттерны возбуждения нейронов, которые отражали предполагаемое движение его руки, позволяя ему перемещать курсор по экрану и щелкать им в нужных местах. Эти сигналы мозга записывались и передавались по беспроводной связи на компьютер.

Той ночью, пока Т11 спал дома, активность его моторной коры была записана и передана по беспроводной связи на компьютер. «То, что мы обнаружили, было просто невероятным, — говорит Рубин. «Он фактически играл в игру ночью во сне». В нескольких случаях, говорит Рубин, паттерны возбуждения нейронов Т11 во время сна точно совпадали с паттернами, которые происходили, когда он ранее в тот же день выполнял игру на сопоставление воспоминаний.

«Это самое прямое свидетельство повторного воспроизведения в моторной коре, которое когда-либо наблюдалось у людей во время сна», — говорит Рубин. Большая часть повторов, обнаруженных в исследовании, происходила во время медленного сна, фазы глубокого сна. Интересно, что повторное воспроизведение с гораздо меньшей вероятностью можно было обнаружить, когда Т11 находился в фазе быстрого сна, которая чаще всего ассоциируется со сновидениями. Рубин и Кэш рассматривают эту работу как основу для дальнейшего изучения воспроизведения и его роли в обучении и памяти у людей.

«Мы надеемся, что сможем использовать эту информацию, чтобы помочь построить лучшие интерфейсы мозг-компьютер и разработать парадигмы, которые помогут людям быстрее и эффективнее учиться, чтобы восстановить контроль после травмы», — говорит Кэш, отмечая важность переноса этого направление исследований от животных к людям. «Такого рода исследования получают огромную пользу от тесного взаимодействия с нашими участниками», — добавляет он с благодарностью T11 и другим участникам клинического испытания BrainGate.

Хохберг соглашается. «Наши невероятные участники BrainGate предоставляют не только полезные отзывы о создании системы для восстановления связи и мобильности, но также дают нам редкую возможность продвинуть вперед фундаментальную человеческую нейронауку — понять, как работает человеческий мозг на уровне цепей отдельных нейронов, — говорит он, — и использовать эту информацию для создания восстановительных нейротехнологий следующего поколения».

Актуальные новости России и мира