Вы выходите из продуктового магазина, собираясь поехать домой и приготовить ужин. Но, оглядывая переполненную парковку, вы задаетесь неприятным вопросом. Где вы оставили машину? Вы пытаетесь вспомнить, но не можете.
Воспоминания о личном опыте зависят от эпизодической памяти, которая позволяет нам воспроизводить события из нашей жизни. Эти воспоминания составляют основу долговременной памяти, будь то воспоминания о важном событии из детства, например о первом дне в начальной школе, или о том, что произошло всего несколько минут назад, например о том, как вы припарковали машину.
С возрастом эта способность ослабевает. Становится все труднее вспомнить образы, звуки и другие детали, связанные с прошлым опытом. Ученые до сих пор не до конца понимают, почему так происходит. Хотя некоторое ухудшение памяти — обычное явление при старении, но у людей с болезнью Альцгеймера эти изменения могут быть гораздо более серьезными.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, дает важные подсказки о том, что происходит в стареющем мозге. Нейробиолог Омер Шарон и его коллеги, работавшие под руководством Мэтью Уокера, бывшего исследователя сна, обнаружили связь между нарушением мозговых волн во время глубокого сна, ухудшением памяти и накоплением тау-белка, связанного с болезнью Альцгеймера.
Полученные данные свидетельствуют о том, что накопление тау-белка в лобной коре головного мозга связано с изменениями в координированной электрической активности, которая помогает сохранять воспоминания в течение ночи.
"Мы впервые продемонстрировали эту взаимосвязь между тау и тем, как она влияет на консолидацию памяти, ослабляя распространяющиеся медленные волны, которые возникают во фронтальной коре головного мозга", - сказал Шарон, научный сотрудник Центра изучения сна человека.
Сон включает в себя несколько различных стадий, каждая из которых связана с различными моделями мозговой активности. Сон с быстрым движением глаз особенно узнаваем, потому что глаза двигаются под закрытыми веками, и на этой стадии происходит большая часть сновидений. Однако другая стадия, известная как быстрый сон, особенно важна для поддержания нормальной работы мозга.
Во время этой более глубокой стадии сна, когда сновидения ограничены или отсутствуют, большие группы нейронов на короткое время становятся неактивными, а затем снова активизируются в скоординированной последовательности. Эти синхронизированные изменения порождают медленные электрические волны, которые распространяются по всему мозгу, обычно начинаясь в лобной коре.
“Каждая медленная волна отражает огромную популяцию нейронов, которые одновременно выключаются и снова включаются. Наше исследование показывает, что для запоминания очень важно, чтобы эти события происходили последовательно в больших отделах мозга. Такое скоординированное отключение наблюдалось только во время глубокого сна и может быть одной из причин, по которым мы спим”.
Исследователи обнаружили, что по мере накопления тау-белка в стареющем мозге эта тщательно организованная деятельность становится менее скоординированной. Вместо того чтобы распространяться по обширным областям мозга, волны становятся более разрозненными и охватывают меньшие расстояния. Эти изменения связаны с ослаблением консолидации памяти, снижением когнитивных способностей и развитием болезни Альцгеймера.
Чтобы изучить эту взаимосвязь, ученые наблюдали за активностью мозга во время сна с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Они сравнили показатели когнитивно здоровых молодых людей в возрасте около 20 лет с показателями участников постарше — от 65 до 75 лет.
Различия были поразительными. У молодых участников группы медленных волн распространялись по расстоянию, примерно равному ширине ладони, по всей поверхности головы. У пожилых людей волны, как правило, распространялись на меньшее расстояние и двигались более независимо, а не скоординированно.
Команда также выяснила, связаны ли эти изменения с накоплением тау-белка. Совместно с доктором Уильямом Джагустом, почетным профессором кафедры общественного здравоохранения и нейробиологии, исследователи с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) изучили мозг пожилых участников. Этот метод визуализации позволяет выявить биологическую активность и распределение определенных веществ в организме с помощью радиоактивных индикаторов, вводимых в кровоток.
Сканирование показало, что повышенное накопление тау-белка в лобной коре было связано с нарушением длинных волн, которые обычно наблюдаются во время глубокого сна.
Важно отметить, что эти изменения наблюдались у людей, у которых не развилась болезнь Альцгеймера.
“У этих людей не было болезни Альцгеймера. В их мозге был тау-белок, но его влияние было субклиническим. Снижение памяти у них было в пределах нормы для их возраста”.
Шэрон объясняет, что изменения, связанные с ранней стадией болезни Альцгеймера, могут сильно различаться по степени выраженности. Количество тау-белка в мозге связано с когнитивными способностями, даже если память человека остается в пределах нормы для его возраста.
Исследователи хотели выяснить, связаны ли изменения в режиме сна с фактическими различиями в способности людей запоминать информацию.
Чтобы проверить это, вечером участники заучивали пары связанных по смыслу слов. На следующий день их попросили вспомнить, что они выучили, чтобы ученые могли оценить, насколько хорошо информация закрепилась в памяти за ночь.
Участники, у которых медленные мозговые волны распространялись на меньшие расстояния и были более изолированными, как правило, запоминали меньше словесных ассоциаций. Исследователи назвали эти разрозненные паттерны “одинокими волнами”.
Команда также в течение нескольких лет наблюдала за подгруппой участников, чтобы понять, как со временем меняется их мозг. У тех, у кого повысился уровень тау-белка в лобной коре, медленные волны стали менее скоординированными, а способность запоминать новую информацию за ночь снизилась.
Эти наблюдения свидетельствуют о связи между накоплением тау-белка, изменениями в активности мозга во время глубокого сна и ухудшением эпизодической памяти. Однако они не доказывают, что накопление тау-белка напрямую приводит к потере памяти или что причиной этого являются нарушенные мозговые волны.
Поскольку позитронно-эмиссионная томография — дорогостоящий метод, требующий специального оборудования, ученые искали другой способ изучить связь между белками, связанными с болезнью Альцгеймера, и активностью мозга во время сна.
Они сотрудничали с неврологом Йо-Элем Джу из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и анализировали спинномозговую жидкость другой группы пожилых людей. Цель состояла в том, чтобы выяснить, можно ли по уровню белков, связанных с болезнью Альцгеймера, выявить закономерности, аналогичные тем, что наблюдаются при визуализации мозга.
В отличие от позитронно-эмиссионной томографии, анализ спинномозговой жидкости не позволял выявить накопление тау-белка именно в лобной коре. Тем не менее результаты указывали на то же направление.
У людей, у которых во время сна в мозге генерировалось больше изолированных медленных волн, в спинномозговой жидкости было повышено соотношение тау-белка к амилоиду — еще одному белку, тесно связанному с болезнью Альцгеймера.
Согласованность результатов, полученных в разных независимых группах и с помощью разных методов тестирования, укрепила уверенность исследователей в полученных данных.
“Это было сделано в совершенно другом месте и с участием другой группы людей, так что, на мой взгляд, это еще больше повышает достоверность результатов”, — говорит Шэрон.
В совокупности данные, полученные при записи мозговой активности во время сна, сканировании мозга, анализе спинномозговой жидкости и оценке памяти, свидетельствуют о том, что накопление тау-белка связано с определенными нарушениями мозговой активности во время глубокого сна.
“Эта корреляция, выявленная в ходе длительного наблюдения, позволяет предположить, что патология, связанная с болезнью Альцгеймера, связана с нарушением этой основной функции сна”, — говорит Шэрон.
Хотя с возрастом память часто ухудшается, новое исследование показывает, что этот процесс может быть связан не только с старением. Изменения, связанные с болезнью Альцгеймера, в частности накопление тау-белка в областях, отвечающих за генерацию медленных волн, могут помочь объяснить, почему некоторым людям становится сложнее запоминать информацию.
“Дело не только в возрасте. Все дело в том, насколько сильно поражены лобные доли, где зарождаются глобальные волны”.
Качество сна также играет свою роль. Хотя его сложно определить или измерить, организация и движение медленных мозговых волн могут служить важными индикаторами того, насколько эффективно мозг выполняет свои ночные функции памяти.
Полученные данные позволяют предположить, что изменения в активности мозга во время глубокого сна могут помочь исследователям лучше понять или выявить проблемы с памятью на ранних стадиях. Кроме того, они указывают на потенциальные мишени для будущих методов лечения, направленных на сохранение памяти у пожилых людей.
Однако главный вопрос пока остается без ответа. Ученым еще предстоит выяснить, способствует ли накопление тау-белка разрушению синхронизированных волн сна, влияют ли изменения в этих волнах на накопление тау-белка и не связаны ли эти процессы с чем-то еще.
“Мы видим, что тау-белок и одиночные волны со временем усиливаются. Но мы пока не можем сказать, что из них первично, и от ответа на этот вопрос зависит то, как мы будем разрабатывать методы лечения”.
[UofCB], Пер.: PSYCHOL-OK.RU
