Автор: Лю, Сибилла и Драгои
Сон — одно из самых захватывающих явлений, наблюдаемых как у людей, так и у животных, которое, как известно, характеризуется различными циклами и типами мозговой активности. Прошлые исследования нейронов показали, что во время сна группы нейронов в гиппокампе воспроизводят прошлый опыт и прогнозируют потенциальный будущий опыт.
Недавно исследователи из Йельской школы медицины провели исследование, изучающее, как эти нейронные ансамбли в гиппокампе представляют несколько последовательных событий или, другими словами, событий или событий, которые происходят в определенном порядке.
В их статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience, подробно описаны некоторые процессы, которые позволяют мозгу обрабатывать многочисленные впечатления во время сна, создавая новые ментальные представления, которые часто основаны на предыдущих знаниях.
Основная цель работы этой группы в Йельском университете состояла в том, чтобы понять, как мозг млекопитающих организует несколько впечатлений без помех (т. е. кодирует новые воспоминания, не нарушая старые). Исследователи также намеревались изучить, какова способность мозга формировать воспоминания о множественных впечатлениях, происходящих в течение дня, и как он генерирует новые представления во время сна.
«Вы можете представить этот эксперимент как аналог того, что испытывают люди, проводя долгий день, исследуя 15 улиц в новом городе в течение дня, с несколькими периодами отдыха продолжительностью 1-2 часа между ними», — рассказал MedicalXpress Джордж Драгой, соавтор статьи.
«Что люди помнят в конце дня в этом сценарии, как то, что происходило на каждой авеню, отделяется от того, что происходило на других авеню, без существенного вмешательства, и как организуется общее впечатление от дня в разрешении всего дня, в дополнение к подробному впечатлению от каждой авеню (например, порядок посещения авеню)?»
Чтобы исследовать нейронные процессы, вовлеченные в воспроизведение и предварительное воспроизведение последовательных событий во время сна, Драгой и его коллеги провели серию экспериментов с участием свободно движущихся крыс. Эти крысы были помещены на 15 линейных дорожек и могли свободно исследовать эти дорожки.
Команда регистрировала активность нейронных ансамблей в гиппокампе животных на протяжении всего исследования дорожек. Они также регистрировали активность этих нейронов во время сна, в сеансах до, между и после исследования дорожек.
«Мы записали эту активность с разрешением миллисекундной шкалы времени из 128 каналов записи», — объяснил Драгой.
«Это временное разрешение имеет решающее значение для идентификации сильно сжатых во времени офлайн-представлений во время сна и, в частности, тонкой динамики мультиплексированных мерцающих представлений двух или более событий в рамках одного события.
«Я также думаю, что физическое исследование линейных путей (в отличие от среды виртуальной реальности, которая в настоящее время используется во многих лабораториях) предоставляет животным уникальную возможность участвовать в действительно различных мультисенсорных контекстных опытах».
Эксперименты, проведенные Драгои и его коллегами, собрали некоторые интересные наблюдения. Например, команда обнаружила, что самые ранние и самые последние впечатления крыс во время исследования чаще всего были представлены в гиппокампе.
В то время как спящие крысы воспроизводили прошлые переживания или предварительно проигрывали будущие, различные переживания были совместно представлены в соответствии с определенными шаблонами, что увеличило способность их мозга к представлениям. Более того, пары исследованных дорожек, которые были близки друг к другу, по-видимому, были связаны, производя непрерывные представления.
Наконец, общая последовательность, в которой крысы исследовали дорожки в течение дня, по-видимому, воспроизводилась в мозге во время сна в гиперсжатых соотношениях.
«Наши результаты показывают большую способность мозга обрабатывать многочисленные впечатления без серьезных помех, особенно за счет быстрого мультиплексирования двух или более параллельных представлений», — сказал Драгой. «Кроме того, они описывают принципы, по которым представления множественных впечатлений могут объединяться в генеративной и мультиплексной манере, чтобы приводить к, по-видимому, новым представлениям, основанным на предыдущих знаниях».
Недавнее исследование Драгои и его коллег вносит большой вклад в понимание того, как мозг крысы воспроизводит прошлые последовательные переживания и использует их для создания представлений о будущих переживаниях во время сна. В будущем выводы этих исследователей могут проложить путь для дальнейших исследований, направленных на дальнейшее изучение считывания процессов, которые они обнаружили.
«Самым удивительным и интригующим открытием для нас стало гиперсжатое представление множественных впечатлений, распределенных по всему дню животного, в том порядке, в котором они происходили в субсекундных вспышках последовательной реактивации более высокого порядка, индекс переживаний того дня», — добавил Драгой.
«Теперь мы хотели бы лучше понять считывание вычислений гиппокампа нисходящими областями или, другими словами, как распараллеливание, с одной стороны, и связывание, с другой стороны, множественной обработки информации в гиппокампе влияют на функционально связанные нисходящие области».
Дополнительная информация: Кефей Лю и др., Вложенные сжатые со-представления множественных последовательных впечатлений во время сна, Nature Neuroscience (2024). DOI: 10.1038/s41593-024-01703-6.
Информация о журнале: Nature Neuroscience
