Jak konsoliduje vzpomínky při přípravě mozku na nové učení

Tvorba, skladování a vyhledávání paměti jsou základní procesy, které definují, kdo jsme a jak komunikujeme se světem. Na buněčné úrovni se tyto procesy spoléhají na specializované neurony zvané engramové buňky – neuronální populace, které fyzicky kódují naše zkušenosti a umožňují nám je vzpomenout později. V posledních několika desetiletích vědci dosáhli významného pokroku v identifikaci těchto neuronálních souborů a pochopení některých aspektů přidělování paměti.

Přestože je spánek všeobecně známo, že je nezbytný pro zpracování a konsolidaci paměti, mnoho z jejích základních mechanismů a funkcí je nejasných. Tradiční pohledy se do značné míry zaměřily na spánek jako zaostalý proces, který slouží k posílení minulých zkušeností, ale mohlo by to současně pomoci připravit mozek na nové učení?

V nedávném úsilí o řešení této otázky, výzkumný tým z Japonska, vedený významným profesorem Kaoru Inokuchi od University of Toyama, odkryl dvojí roli spánku při zpracování paměti. Jejich článek, který bude zveřejněn v Přírodní komunikace 28. dubna 2025 zkoumá, jak mozek současně zachovává minulé vzpomínky při přípravě na budoucí během období spánku.

Studie byl spoluautorem speciálně jmenovaného odborného profesora Khaleda Ghandoura, také z University of Toyama; Dr. Tatsuya Haga z Národního institutu informačních a komunikačních technologií; Dr. Noriaki Ohkawa z Dokkyo Medical University; a profesor Tomoki Fukai z Oist.

Vědci použili pokročilý zobrazovací systém, který kombinuje živé zobrazování vápníku s engramovým buněčným značením, což jim umožňuje sledovat neuronální aktivitu u myší před, během a po učení. Tento přístup jim poskytl bezprecedentní vhled do toho, jak se specifické populace neuronů chovají napříč různými kognitivními stavy, a to i během období spánku před a po učebních událostech.

Jejich zjištění odhalila, že během spánku po učení se vyskytují dva paralelní procesy. Nejprve Engram buňky, které kódovaly počáteční zkušenost s učením, vykazovaly vzorce reaktivace-potvrzující dobře zavedený konsolidační proces. Je pozoruhodné, že také identifikovali samostatnou populaci neuronů, kterou nazývali „engram-to-be-be-be-be“ buňky, které se stále více synchronizovaly během spánku po učení. Bylo prokázáno, že tyto buňky kódují nový, odlišný zážitek z učení.

„Engram-to-be-be-be-be-be-be-be-be-be-be-be-be-be-be-be-bere vykazovaly zvýšenou kokologivost s existujícími engramovými buňkami během spánku, což naznačuje, že tato interakce pomáhá formovat nové paměťové sítě,“ vysvětluje Prof. Inokuchi.

Abychom pochopili mechanismy tohoto jevu, tým vyvinul a Model neuronové sítě Simulace hippocampální aktivity. Model navrhl, že synaptická deprese a škálování, což jsou mechanismy, které upravují síly spojení mezi neurony během spánku, jsou nezbytné pro vznik engram-to-be-be-be-be-be-be-be-be-be-be-be-be-be-be-be. Když byly tyto procesy deaktivovány v modelu, byla příprava neuronů pro budoucí učení výrazně narušena.

Studie také odhalila zajímavou dynamiku mezi existujícími engramovými buňkami a buňkami Engram-to-be-be, což vykazovalo zvýšenou koaktivaci během spánku po učení. To naznačuje nějakou formu přenosu nebo koordinace informací mezi neuronovými sítěmi představujícími minulé a budoucí vzpomínky.

Tato zjištění mají významné důsledky pro naše chápání učení a paměti. Navrhují, aby kvalita spánku mezi učebními sezeními mohla určit nejen to, jak dobře si pamatujeme, co jsme se již naučili, ale také jak efektivně se můžeme naučit nové informace. To by mohlo ovlivnit přístupy ke vzdělání, kognitivnímu zlepšení a léčbě poruch paměti.

Výzkum navíc otevírá nové cesty pro zkoumání toho, jak mohou poruchy spánku ovlivnit nejen konsolidaci paměti, ale také připravenost mozku na budoucí výzvy učení. „Věříme, že manipulace s mozkovou aktivitou během vzorců spánku nebo spánku může odhalit metody, aby se zvýšila paměť odemknutím latentního potenciálu mozku,“ říká Prof. Inokuchi.

Celkově tato studie podtrhuje kritickou roli spánku při udržování kognitivní funkce a celkové pohody. „Chceme, aby lidé pochopili, že spánek není jen o odpočinku – hraje klíčovou roli v tom, jak mozek zpracovává informace,“ uzavírá Prof. Inokuchi, „s ohledem na to, že doufáme, že každý začne více oceňovat spánek a používat jej jako způsob, jak zlepšit jejich celkovou kvalitu života.“

Poskytl University of Toyama