Memória kommunikáció jelentése hippocampus és agykéreg
A hippocampus és az agykéreg idegsejtjeinek kevésbé pontosan összekapcsolt aktivitása rontja a memóriát.
Az agy folyamatosan dolgozik, éjjel-nappal. Alvás közben biztosítja, hogy amit napközben megtapasztalunk, állandóan elérhető maradjon emlékezetünkben. Ez a folyamat konszolidáció néven ismert. A konszolidáció megköveteli, hogy az idegi tevékenység lassú, ritmikus mintázatai a lehető legpontosabban kapcsolódjanak a gyors mintákhoz, különösen mély alvás közben. A tudósok most be tudták mutatni, hogy a rossz memóriával rendelkező idősebb emberek elvesztették ezt a kapcsolatot.
Aktív éjjel-nappal
Az agy nemcsak ébren vagyunk, hanem alvás közben is aktív. Ébrenléti állapotban az agy különböző területeinek kölcsönhatása biztosítja, hogy tájékozódhassunk a világban, cselekvéseket hajtsunk végre és környezeti benyomásokat vegyünk fel. Alvás közben a megtapasztaltakat megnézik, rendezik és megszilárdítják (vagy akár el is felejtik). Ezért az alvás elengedhetetlen az újonnan megszerzett ismeretek hosszú távú tárolásához és hálózatba szervezéséhez, és ezáltal a tanuláshoz.
A hippocampus és az agykéreg közötti összehangolt kommunikáció fontossága a memória szempontjából
Az alvás alatti információcserében központi szerepet játszik a hippocampus és az agykéreg közötti időzített kommunikáció. A hippokampusz az agy mélyén elhelyezkedő szerkezet, amely elengedhetetlen az újonnan megszerzett ismeretek és mindennapi tapasztalatok gyors, de rövid távú tárolásához. Az alvás most lehetővé teszi a hippokampusz számára, hogy a lassabban tanuló agykérget "edezze" azáltal, hogy ismételten aktiválja a tanultakat és fokozatosan leírja. A siker érdekében az agykéreg ezen "edzése" megköveteli az idegsejtaktivitás pontos időzítését az érintett agyterületeken.
„A tesztalanyok alvás közbeni agyi aktivitásának megfigyelésével most megmutattuk, hogy a többet elfelejtő emberek egy lényeges pontban különböznek más emberektől. A hippocampusban és az agykéregben található idegsejtek aktivitása kevésbé feledékeny emberekben kapcsolódik össze.
Az agyi aktivitás láthatóvá tétele az elektroencefalográfiában (EEG)
A kutatók az elektroencefalográfiát (EEG) használhatják az alvás közbeni agyi tevékenység megjelenítésére. Az EEG az idegsejtek tevékenységük során létrehozott elektromos aktivitását méri. Az ébrenléti és alvási fázist a ritmikus idegsejt-aktivitás sajátos mintázata jellemzi. A mély alvási fázisok legjellemzőbb jellemzője a lassú ritmus, kb. 0,5–4 rezgés másodpercenként, amelyek szinte az egész agykéregben elterjednek. Ezek az úgynevezett "lassú hullámok" lehetővé teszik a neurális információk feldolgozásának koordinálását az agy nagy részein. Ez időablakokat hoz létre, amelyekben az emlékeket a hippocampus újra aktiválhatja, és az agykéreg optimálisan megtanulhatja.
A hippocampus és az agykéreg közötti információcsere aktiválódását az emberi EEG gyors ritmikus idegsejt-aktivitással jellemzi, körülbelül 12-16 rezgés/másodperc frekvenciával. Külső hasonlóságuk miatt a gyapjú fonására használt orsókkal ezeket a rezgési mintázatokat "alvó orsóknak" is nevezik. Az agykéreg optimális „kiképzése” a hippocampus által akkor lehetséges, ha az alvási orsók pontosan akkor fordulnak elő, amikor a lassú hullámok felkészítik az agykéreg idegsejtjeit a hatékony információfeldolgozásra.
Tanulmány a memóriáról, a tanulásról és a megtartásról
A kutatócsoport most 34 fiatalabb 19 és 28 év közötti, valamint 41 idősebb, 63 és 74 év közötti személy tanulási és memória képességét hasonlította össze egy erre a célra kifejlesztett memória teszten. A résztvevők a tanulás és a másnapi memória teszt közötti éjszakát otthon töltötték. Egy hordozható alvás EEG rendszer alvás közben rögzítette az idegsejtek aktivitását. Ezenkívül a memória és az alvás szempontjából releváns agyterületek méretét és szerkezetét mértük a laboratóriumi mágneses rezonancia képalkotás (MRT) segítségével.
A várakozásoknak megfelelően az eredmények azt mutatták, hogy az idősebb résztvevők átlagosan többet felejtettek, mint a fiatalabb résztvevők. Ezenkívül kimutatták, hogy a mély alvás fázisában éjszaka kevesebb memória kapacitású alanyok kevésbé pontosak voltak az alvási orsók és a lassú hullámok között. Az alvási orsókhoz hasonlóan, aki éppen a ritmus mellett tapsol, az optimális időt elmulasztotta az agykéreg „betanítására”, így az újonnan megtanult tartalom konszolidációja kevésbé volt sikeres.
A két idegsejt-ritmus kapcsolásának hatása
„Megállapítottuk, hogy a két idegsejt-ritmus kapcsolata az életkor előrehaladtával csökken, és a feledékenység egyszerre növekszik. Ez egyúttal azt is jelenti, hogy az idősebb alanyok közül azok, akik jól teljesítettek a memória tesztekben, a fiatalabbakhoz hasonló kapcsolási mintázatot is mutattak "- mondja Markus Werkle-Bergner, a Max Planck Humán Fejlesztési Intézetének vezető szerzője és projektvezetője.
További elemzések során a kutatócsoport megmutatta, hogy az alvási orsók és a lassú hullámok közötti összekapcsolódás mértéke összefügg az agyterületek szerkezetével, amelyek részt vesznek a generálásukban. Különösen igaz ez a hippocampusra és a thalamusra. Ezt a három régiót különösen súlyosan érintik az öregedési folyamatok.
A kutatók azt gyanítják, hogy az alvás és a memória szempontjából releváns agyterületek öregedése befolyásolja az újonnan megszerzett memória hosszú távú tárolását. Mennyire befolyásolják az agy strukturális öregedését hosszú távon az életkorfüggő változások az alvási viselkedésben és az alvásfiziológiában? Az utóbbi ok-okozati felelősséggel jár az idősebb korban megfigyelhető alvászavarokért? A jövőbeni előrehaladási tanulmányoknak meg kell világítaniuk ezeket a kérdéseket.
Muehlroth, B. E., Sander, M. C., Fandakova, Y., Grandy, T. H., Rasch, B., Shing, Y. L. és Werkle-Bergner, M. (2019). A pontos lassú oszcilláció-orsó kapcsolás elősegíti a memória konszolidációját fiatalabb és idősebb felnőtteknél. Scientific Reports, 9: 1940. doi: 10.1038/s41598-018-36557-z