Jak mozek během spánku skládá vzpomínky a předvídá budoucnost

12. 8. 2024 (mai) - Spánek patří mezi nejvíce fascinující jevy pozorované u lidí i zvířat, o nichž je známo, že se vyznačují různými cykly a typy mozkové aktivity. Neurovědní studie zjistily, že během spánku si skupiny neuronů v hipokampu přehrávají minulé zkušenosti a předpovídají potenciální budoucí zážitky.

Výzkumníci z Yale School of Medicine nedávno provedli studii, která zkoumala, jak tyto neuronální reprezentace v hipokampu představují několik po sobě jdoucích zážitků, nebo jinými slovy, zážitků nebo událostí, které se vyskytují v určitém pořadí.

Jejich práce, publikovaná v časopisu Nature Neuroscience, poukazuje na některé procesy, které mozku umožňují zpracovávat četné zážitky během spánku a vytvářejí nové mentální reprezentace budoucích zážitků, které jsou často založeny na předchozích znalostech.

Klíčovým cílem práce tohoto týmu na Yale bylo pochopit, jak mozek savců organizuje několik zážitků bez interference (tj. kódování nových vzpomínek bez narušení těch starších). Vědci se také rozhodli prozkoumat, jaká je kapacita mozku pro vytváření vzpomínek na četné zážitky během dne a jak generuje nové reprezentace během spánku.

Tento experiment si lze představit jako analogii toho, co by lidé zažili, když trávili dlouhý den prozkoumáváním 15 ulic v novém městě přes den, s několika 1-2 hodinovými odpočinkovými epochami mezi nimi.

Co si lidé pamatují na konci dne? Jak je to, co se stalo na jednotlivých třídách, odděleno od toho, co se stalo na ostatních, aniž by došlo k větším zásahům? Jak je celkový zážitek ze dne organizován na celodenní předsevzetí, navíc s podrobnými zkušenostmi na každé třídě (např. pořadí, v jakém byly třídy navštěvovány)?

Aby výzkumníci prozkoumali nervové procesy, které se podílejí na přehrávání a předhrání sekvenčních zážitků během spánku, provedli řadu experimentů zahrnujících volně se pohybující krysy. Tyto krysy byly umístěny na 15 lineárních drah a bylo jim umožněno tyto dráhy volně prozkoumávat.

Tým zaznamenával aktivitu neuronových souborů v hipokampu zvířat během jejich průzkumu stopy. Zaznamenali také aktivitu těchto neuronů během spánku, v sezeních před, mezi a po průzkumu stop, a to v milisekundovém časovém rozlišení ze 128 záznamových kanálů.

Toto časové rozlišení je rozhodující pro identifikaci vysoce časově komprimovaných offline reprezentací během spánku a zejména jemné dynamiky multiplexovaných blikajících reprezentací dvou nebo více zážitků v rámci stejné události.

Experimenty, které provedli výzkumníci z Yalle, přinesly několik zajímavých pozorování. Tým například zjistil, že nejstarší a nejnovější zkušenosti krys během průzkumu byly častěji zastoupeny v hippocampu.

Zatímco spící krysy přehrávaly minulé zkušenosti nebo předhrávaly budoucí, různé zkušenosti byly společně reprezentovány podle specifických vzorců, což zvýšilo kapacitu jejich mozku pro reprezentace. Navíc se zdálo, že páry prozkoumaných stop, které byly blízko u sebe, byly propojeny a produkovaly souvislé reprezentace.

Nakonec se zdálo, že celková sekvence, ve které krysy prozkoumávaly stopy absolvované během dne, se znovu přehrávala v mozku během spánku v hyperkomprimovaných poměrech.

Zjištění odhaluje velkou kapacitu mozku zpracovávat četné zážitky bez většího rušení, zejména rychlým multiplexováním dvou nebo více paralelních reprezentací. Navíc nastiňují principy, podle kterých se reprezentace více zkušeností mohou kombinovat generativním a multiplexním způsobem, aby výsledkem byly zjevně nové reprezentace založené na předchozích znalostech.

Nejpřekvapivějším a nejzajímavějším zjištěním však byla hyperkomprimovaná reprezentace vícenásobných zážitků rozprostřených po celý den zvířete v pořadí, v jakém k nim došlo během subsekundových záblesků sekvenční reaktivace vyššího řádu.

-mai