Ученые «взломали» механизм запоминания

Израильско-американское исследование открывает дорогу к новым методам лечения проблем с памятью с помощью электростимуляции во сне, пишет «ХаАрец».

Участниками эксперимента стали 18 больных эпилепсией из США, которым в процессе медицинской диагностики имплантировали электроды глубоко в мозг. Как объяснил один из трех ведущих исследователей профессор Ицхак Фрид, нейрохирург и ученый из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Тель-Авивского университета, это делается для того, чтобы локализовать эпилептический очаг. Если больному не помогают лекарства, приходится вырезать этот очаг хирургическим путем или выжигать лазером.

У каждого пациента его расположение индивидуально, поэтому для точной локализации приходится имплантировать электроды в мозг. Так поступают врачи и в США, и в Израиле.

«Пациенты находятся под стационарным наблюдением в течение двух недель, и мы ждем спонтанных эпилептических припадков. Это особая ситуация, дающая нам редкую возможность узнать, что происходит в мозге», – рассказал Фрид.

Каждый пациент участвовал в эксперименте две ночи. По вечерам испытуемые изучали связи между изображениями людей и животных. Например, им показывали фото Дональда Трампа и кота рядом с ним. Или картинку с Мэрилин Монро и рядом с нею – попугая. По утрам ученые проверяли, насколько выученные связи сохранились в памяти.

• Читайте также:
• Почему в США решили дать школьникам больше высыпаться?
• Ученые узнали, какая еда сохраняет нам память в старости
• Семь эффективных методов по улучшению памяти

Одну ночь испытуемые спали как обычно. Во вторую ночь они получали электрическую стимуляцию мозга в течение примерно полутора часов в районе полуночи. Стимуляция предназначалась для улучшения координации между гиппокампом и корой головного мозга.

Второй руководитель исследования доктор Майя Гева-Сагив из Калифорнийского университета в Дэвисе объяснила, что гиппокамп – это структура, находящаяся глубоко в мозгу, где начинается процесс приобретения новых воспоминаний: «Гиппокамп собирает переживания в течение дня, как флеш-накопитель, а ночью эти воспоминания передаются в кору головного мозга, где хранится долговременная память».

Исследователи наблюдали за активностью гиппокампа в мозге каждого испытуемого. Когда они видели, что область стала активной, то в течение 50 миллисекунд проводили слабую электрическую стимуляцию в той область лобной коры, в которую гиппокамп передает информацию.

Третий ведущий исследователь профессор Юваль Нир из Тель-Авивского университета объяснил, что стимуляция не совсем имитировала естественную активность мозга, а была «своего рода толчком в нужное время». Он привел аналогию с детьми, которые сидят на двух параллельных качелях на детской площадке и хотят поговорить. Чем слаженнее движение качелей, тем легче им будет общаться.

«Чтобы достичь этого состояния, вы смотрите на один качели и в зависимости от их положения время от времени даете небольшие толчки вторым качелям. Так вы их синхронизируете», – сказал Юваль Нир.

Он объяснил, что электрическая стимуляция коры «пробуждает» ее и делает более внимательной. Если в этот момент гиппокамп передает в нее информацию о новых воспоминаниях, чтобы зафиксировать их надолго, вероятность их усвоения возрастает.

Ученые сравнили производительность памяти испытуемых и обнаружили, что у каждого она стала примерно на 10% выше в ту ночь, когда проводилась электрическая стимуляция. «Память была немного точнее, – сказал Нир. – Испытуемые не обязательно запоминали больше связей между людьми и животными, но они делали меньше ошибок. Улучшение было постоянным у всех испытуемых. И все признаки указывают на то, что это общее явление, не связанное с тем, что участники эксперимента страдали эпилепсией».

Испытуемые, попавшие в контрольную группу, получали электрическую стимуляцию в том же объеме, но в случайное время. У этой группы наблюдалось незначительное ухудшение памяти.

Нир отметил, что, хотя речь идет всего о 18 человеках, исследователи зафиксировали у них за две ночи огромный объем мозговой активности. Ученые обнаружили, что с улучшением памяти явно коррелирует появление определенного вида мозговых волн, так называемых сонных веретен. Они давно известны как признак того, что мозг обучается. Был замечен и другой тип волн, называемый «рябью». Эти колебания возникали в гиппокампе и синхронизировались после электрической стимуляции с волнами в лобной коре.

«До сегодняшнего дня все исследования взаимосвязи электрической стимуляции и памяти проводились во время кодирования воспоминаний или во время их считывания, – сказал Нир. – Здесь мы использовали совершенно другой подход. Мы исследовали, что происходит во время сна, и провели манипуляцию, которая усилила процесс, который в любом случае происходит в мозге».

Нир указал на еще один момент, делающий исследование уникальным: ученые проследили за влиянием стимуляции на активность отдельных нейронов: «До сегодняшнего дня было невозможно сделать такое в исследованиях на людях».

Эксперимент, доказавший, что связь между корой и гиппокампом играет важную роль в процессах усвоения памяти, в будущем может привести к разработке вмешательств, улучшающих память, считает Майя Гева-Сагив.

Может быть, помимо медикаментозного лечения, удастся разработать устройства, способные улучшать процесс запоминания с помощью стимуляции во время сна.

«В настоящее время метод, который мы разработали, требует электродов внутри мозга для электрической стимуляции, а также для мониторинга в реальном времени активности в гиппокампе, чтобы запланировать стимуляцию. И это не то, что можно мгновенно воплотить в жизнь в качестве устройства для помощи пациентам с болезнью Альцгеймера, – отметил Нир. – Но технология быстро совершенствуется. И если смотреть на нее как на концепт, мы продемонстрировали значительный потенциал такого похода. Важным и впечатляющим выглядит общий принцип «придания попутного ветра» тому, что мозг и сам по себе делает во время сна».

Исследователь памяти профессор Янив Зив из Института Вейцмана, который не участвовал в исследовании, заявил, что это очень впечатляющая работа.

«Здесь налицо большое техническое достижение, поскольку очень сложно разработать интерфейс, позволяющий в реальном времени идентифицировать события в мозге и производить стимуляцию. Вклад электрической стимуляции в работу памяти может показаться скромным, но следует помнить, что речь идет о тонкой манипуляции», – сказал он.

Он объяснил, что большое значение этой научной работы состоит в том, что авторы продемонстрировали причинно-следственную связь между синхронизацией специфической активности в двух зонах мозга и формированием памяти.

«Результаты подтверждают выводы предыдущих исследований, в которых проверялось влияние электрической стимуляции на память у грызунов, – добавляет профессор Зив. – Полученные данные также дают мотивацию для разработки неинвазивных методов, которые усилят синхронизацию между гиппокампом и корой во время сна».

Фрид отметил, что известно о существовании связи между режимом сна и заболеваниями головного мозга. «Это не односторонние отношения, – сказал он. – Плохой сон может усугубить болезнь, а болезнь также нарушает сон. Существуют очень специфические расстройства сна, характерные, например, для пациентов с болезнью Паркинсона. То, что мы делали в эксперименте, повлияло не только на память. Мы изменили физиологическую конструкцию сна».

«Люди спрашивают меня, что я делаю, – продолжает Фрид, – и мой ответ: как существуют слуховые аппараты, улучшающие слух, так я пытаюсь разработать похожую штуку для улучшения процесса запоминания».

Ученый уверен, что можно вмешаться в работу памяти на этапе кодирования информации и усилить усвоение информации во сне. «Это то, где мы находимся сейчас, – говорит Фрид. – Нам нужно продвигаться вперед в плане науки и в плане технологии, которая все еще относительно примитивна».

Н.А., Гидеон Лев, «ХаАрец». Фото: Фото: Эяль Туэг √