Zašto spavanje jača pamćenje

Da bi kratkotrajna memorija postala dugotrajna, u mozgu moraju da se formiraju novi neuronski kontakti, a formiranje takvih kontakata najbolje se odvija tokom „uspavane“ aktivnosti nervnih ćelija.

Transformacija kratkotrajne memorije u dugotrajnu naziva se konsolidacija memorije, a neurobiolozi marljivo pokušavaju da shvate kako se i zašto se to događa. Posle prilično dugo vremena otkrilo se da do konsolidacije memorije veoma uspešno dolazi  tokom spavanja. Odnosno, da biste zapamtili udžbenik pročitan pre ispita, potrebno je da zaspite, tada će se informacije koje ste saznali, „smestiti u vašu glavu“, odnosno biće dugotrajno uskladištene. Postoji puno dokaza o povezanosti sna i pamćenja. Na primer, istraživači sa Кalifornijskog Univerziteta u Riversajdu otkrili su da tablete za spavanje ne samo da normalizuju san, već i poboljšavaju pamćenje (ali to i dalje ne znači da ih treba nekontrolisano koristiti). A njihove kolege sa Кalifornijskog Univerziteta u Los Anđelesu uspele su da opišu informacijske procese u mozgu povezane sa konsolidacijom memorije tokom spavanja.

Činjenica da se tako važan proces događa upravo u snu nije iznenađujuća, na kraju krajeva, svi odavno znaju da je spavanje samo još jedan oblik moždane aktivnosti. Smatra se da su specifični neuronski impulsi – „uspavani“ moždani talasi povezani između ostalog i činjenicom da naš nervni sistem, tokom sna sortira informacije primljene u budnom stanju, kada ga spoljni signali ne ometaju. Ali kako se neuroni ponašaju u ovom slučaju, koji su ćelijski i molekularni mehanizmi ovde uključeni, biolozi dugo nisu mogli da saznaju.

Dendritične bodlje (obojene zeleno) na površini neuronskih procesa. Foto: skdevitt / Flickr.com.

Da bi saznali šta se događa sa neuronima tokom konsolidacije pamćenja, Ven-Bijao Gan (Wen-Biao Gan) i njegovo osoblje sa Univerziteta u Njujorku stvorili su genetski modifikovanog miša koji je sintetizovao fluorescentni protein u neuronima motornog korteksa. Uz njegovu pomoć bilo je moguće posmatrati promene nervnih ćelija, na primer, gde i kada se formiraju dendritične bodlje, posebni izraštaji na dendritičnim procesima nervnih ćelija. Pojava izraštaja (bodlji) sugeriše da je u ovom trenutku neuron spreman da stupi u kontakt sa drugim neuronom, drugim rečima, izraštaj (bodlja) prethodi sinapsi. Zahvaljujući sinapsama formiraju se neuronski sklopovi koji su potrebni za skladištenje informacija. Кada, na primer, naučimo da vozimo bicikl, u našem mozgu se formiraju novi nervni lanci koji su nastali kao odgovor na potrebu da se na novi način koordiniraju napori mišića. Кada se ponovo vratimo na bicikl, ovi nervni lanci se ponovo uključuju – osim ako se, naravno, iz nekog razloga nisu raspali, ako sinapse između neurona nisu nestale. Tako da, ako se vratimo na dendritične bodlje, možemo reći da one ukazuju na reakciju neurona na nove informacije i spremnost na pamćenje.

U stvari, za miševe u eksperimentu su napravili nešto poput bicikla: životinje su morale da održavaju ravnotežu na štapu koji rotira sve brže i brže. Vremenom, miševi su zapamtili šta treba da rade i više nisu padali sa štapa. U isto vreme, isti dendritični izraštaji pojavili su se u neuronima motornog korteksa – ćelije su shvatile da je novi stimulans važan za telo i bile su spremne da formiraju nove lance. Zatim su istraživači promenili uslove eksperimenta: miševi su bili trenirani na štapu koji rotira jedan sat, a potom su neke životinje poslane da spavaju sedam sati, dok su druge morale da ostanu budne isto vreme. Pokazalo se da su kod onih miševa kojima je bilo dopušteno da spavaju dendritične bodlje aktivnije rasle. Drugim rečima, spavanje je pomoglo nervnim ćelijama da se „podese“ na pamćenje novih informacija.

Dendritične bodlje (plave tačke) na neuronu. Foto: The Journal of Cell Biology / Flickr.com.

Šta više, priroda pojave dendritičnih izraštaja zavisila je od toga koje konkretne vežbe je potrebno izvesti. Na primer, ako je miš trebao da ide duž štapa koji rotira u jednom smeru, tada su se bodlje pojavile na jednom dendritu, a ako je trebalo da krene u drugom pravcu, tada su se bodlje pojavile na drugim dendritima. Odnosno, ćelijska morfologija neuronskih procesa zavisila je od toga koja vrsta informacija treba da se obrađuje.

Najzad, neurobiolozi su mogli da pokažu da su ćelije motornog korteksa, od kojih zavisi vežba, aktivirane tokom faze sna sporih talasa. Takva aktivacija u snu bila je važna za formiranje ozloglašenih bodlji: ako je potisnuta „uspavana“ aktivnost ćelija, tada se veze nisu formirale. Bilo je to kao da je mozak ponovo skrolovao za sebe ono što je nedavno morao da uradi tokom budnosti – da bi se bolje sećao tokom sna.

Rezultat je bila takva šema: neuroni tokom budnosti primaju neku vrstu nadražaja ili obavljaju neku vrstu postupka, zatim se tokom spavanja ove ćelije ponovo aktiviraju, a ova ponovna aktivacija stimuliše ćelijska preuređenja koja izazivaju dugoročno pamćenje stimulansa. Neurobiolozi su odavno pretpostavili da se upravo to događa, ali sada je moguće dobiti eksperimentalnu potvrdu, i to ne na mozgu voćne mušice, već na mozgu sisara. Iako, naravno, sada naučnici moraju da otkriju koji su molekularni procesi ovde uključeni, koji geni i proteini kontrolišu porast dendritičnih bodlji tokom spavanja, koji signalni putevi ovde rade, itd.

Usput, pre nekoliko godina, istraživači sa Univerziteta Vašington u Sent Luisu i Univerziteta Viskonsin u Madisonu izvodili su slične eksperimente sa voćnim mušicama, čiji su rezultati pokazali isto – da je san potreban za konsolidaciju pamćenja. Međutim, neurobiolozi su primetili da spomenuta voćna mušica čisti mozak od sinapsi, odnosno dešava se nešto poput uređivanja nervnih krugova, čišćenje neurona od nepotrebnih veza koje bi zauzimale resurse iz potrebnih kontakata. Najvjerovatnije, takvo uklanjanje nepotrebnih sinapsi nije specifičan proces karakterističan samo za insekte (ili člankonošce, ili beskičmenjake), nego i za mozak viših životinja u vreme konsolidacije „uspavane“ memorije – zajedno sa formiranjem novih sinapsi, stare se raspadaju – to još treba da se utvrdi nekim novim eksperimentom.

Autor: Кirill Stasevič

Izvor: Nauka i žiznь

Malo iz novije istorije:

Neuroni: nervne ćelije, mozga i kičmene moždine.

Dendriti: su kratki nervni završeci koji se nalaze na telu neurona.

Sinapse: funkcionalne veze dva neurona putem specijalnih impulsa sličnih električnim.

Кorteks: spoljašnji sloj strukture nervnog tkiva mozga.

Motorni korteks: motorna oblast mozga, u onom delu korteksa čije su glavne funkcije da omogući generisanje, održavanje i ukidanje dobrovoljnih i svesnih pokreta od strane subjekta.

featured image