До настоящего времени особенности влияния структуры сна на механизмы нейропластичности мозга оставались невыясненными. В частности, взаимосвязь отдельных электроэнцефалографических ритмов с консолидацией памяти не получила должного обоснования. Ранее было известно, что активность кальция в дендритах нейронов является важным предиктором морфологических основ нейропластичности. Однако изучение возможных ассоциаций между подобными характеристиками и структурными особенностями сна не проводилось.
В новой совместной работе исследователи Берлинского университета имени Гумбольдта (Humboldt-Universität zu Berlin), Германия, и Университета Суррея (University of Surrey), Великобритания, получили данные о возрастании активности кальция в популяциях кортикальных дендритов, синхронизируемой с колебаниями электрической активности структур мозга во время определенных фаз сна. Примечательно, что подобные взаимосвязи выявлены лишь по отношению к нейронным дендритам, являющимся основой морфологического субстрата синаптической пластичности. Таким образом, в исследовании авторы обосновали новый взгляд, описывающий взаимосвязи между сном и характеристиками нейропластичности мозга как способности нервных структур к изменениям и реорганизации. Подобные выводы, по словам авторов, могут раскрыть новые перспективы разработки путей реабилитации лиц с трудностями в обучении и нарушениями памяти. Основные положения работы опубликованы в издании «Nature Communications» 25 сентября 2017 г.
В ходе исследования апробированы новейшие технологии для регистрации электрической активности в определенном регионе нервных структур, несущих ответственность за сохранение новой информации. По результатам работы, проведенной на лабораторных животных, показано, что электрическая активность в дендритах нейронов возрастает во время сна. Также получило подтверждение предложение о том, что подобное возрастание электрической активности непосредственно ассоциировано с определенными мозговыми волнами, являющимися ключевыми в процессах формирования воспоминаний.
Ведущий автор исследования доктор Джули Сейбт (Julie Seibt) отметила: «Головной мозг уникален своей способностью изменяться и адаптироваться на основе предшествующего опыта. Гипотеза о важности сна в подобных адаптивных изменениях представлялась реалистичной и ранее. В новом же исследовании удалось подтвердить, что сон действительно играет важную роль в механизмах адаптации и связанной с ними нейропластичностью». Так, используя однофотонную волоконно-оптическую Ca2+ визуализацию дендритных популяций, ученые показали, что повышение активности Ca2+ коррелирует с колебаниями в частотных диапазонах сигма (9–16 Гц) и бета (16–30 Гц). Таким образом, результаты работы позволили исследователям прийти к заключению о том, что во время электрической активности в пределах частотных диапазонов сигма (9–16 Гц) и бета (16–30 Гц) в дендритах активируются определенные нейронные сети, что, в свою очередь, может способствовать оптимизации функционирования механизмов памяти во время сна.
Резюмируя итоги научного исследования, авторы высказали предположение о том, что в ближайшем будущем методы стимуляции мозга, например транскраниальная магнитная стимуляция, могут быть использованы для стимуляции дендритов тем же частотным диапазоном, что может послужить развитию когнитивных навыков у пациентов с нарушениями обучения и памяти, наблюдающимися, в частности, при деменции.
- Seibt J., Richard C.J., Sigl-Glöckner J. et al. (2017) Cortical dendritic activity correlates with spindle-rich oscillations during sleep in rodents. Nat. Commun., Sep. 25 [Epub. ahead of print].
- University of Surrey (2017) New insights into how sleep helps the brain to reorganize itself. ScienceDaily, Oct. 2 (https://www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171002085652.htm).
Наталья Савельева-Кулик
