Хипокампус - където сънят превръща преживяното в спомен

https://www.24chasa.bg/novini/article/9721721 www.24chasa.bg

Разгадаването на механизмите му може да помогне на болните от епилепсия, алцхаймер и дори шизофрения

Всичко, което се случва през деня, временно се складира в зона от мозъка, наречена хипокампус, който има формата на морско конче. През нощта, по време на съня, впечатленията се пресъздават, обработват се и ако са важни за нас, се прехвърлят чрез импулси в други части на сивото вещество. Иначе се забравят.

Има нещо специално в този дял на нашето съзнание, в който невроните са много по-плътно свързани, отколкото във всеки друг. Той отговаря за моменталната памет и случващото се в него е ключово за развитието на болести като епилепсия, шизофрения и алцхаймер. Разгадаването на тайните му и начина на функционирането му могат да допринесат за лечението им. Това казва пред сп. „Космос“ невробиоложката Ралица Тодорова, получила през 2020 г. съвместна награда на ЮНЕСКО и фондация „Л’Ореал“ за млад талант в областта на медицината във Франция. За да бъде отличена, тя е представила свои завършени проекти, както и бъдещо изследване. То ще проследи сигналите между две отдалечени части на мозъчната кора, които допринасят за запаметяването.

30-годишната постдокторантка работи в лаборатория „Мозъчни ритми и невронно кодиране на паметта“ в Центъра за интердисциплинарни изследвания по биология в Колеж дьо Франс. Вече е приключила с друг проект – как се формират спомени по време на съня. Проследява какво се случва в хипокампуса,

как неговите неврони си взаимодействат с останалата част от мозъка

и отчита механизмите, по които протича дейността му, при опити със свободно движещи се гризачи.

Занимава се и с други зони на мозъка. Наскоро нейният екип опроверга чрез експерименти научното твърдение, че всички неврони в мозъчната кора (кортекс) „заспиват“ по време на дълбокия сън. Тогава умът е в състояние, в което излъчва най-нискочестотните делта вълни и до неотдавна се смяташе, че в непробудната фаза в кортекса липсва каквато и да е дейност. При опитите учените обаче наблюдават, че много малко от клетките му все пак остават активни, комуникират си с невроните в хипокампуса и образуват спойка между тях, за да може да имаме спомени. По този начин делта вълните изключват по-голямата част от невронната мрежа, за да помогнат на изолираните клетки да консолидират паметта.

„В много случаи активността на мозъчната кора по време на дълбокия сън не може да се обясни от предходни сигнали от хипокампуса. Тя е свързана с взаимодействие с останалите мозъчни мрежи. Това предполага изолирана активност извън диалога с хипокампуса“, пише Ралица Тодорова в съвместното си изследване с Михаел Цугаро, публикувано в сп. „Сайънс“.

Опитите, които двамата провеждат, са с мишки и плъхове, но младата невробиоложка твърди, че елементи от умствената им активност са подобни на човешката.

„Структурата на мозъка на различните видове бозайници е сходна.

Всички имат по две очи и две уши

със съответните зони, които отговарят за визуалните и слуховите сигнали. Засега няма нито един процес, който да сме наблюдавали при експериментите с животните, който да не е потвърден и при хората“, обяснява Тодорова. Разбира се, при мишките хипокампусът заема по-голяма част, а ние, хората, имаме по-развита мозъчна кора (кортекс), поради което можем да говорим и да извършваме по-сложни мисловни действия.

От лабораторните експерименти с гризачите става ясно, че ако открият къде в лабиринта е разположено сиренцето, те лесно запомнят конкретното място. В този момент в мозъка им се отделя допамин, доволни са, и през нощта впечатленията се повтарят в хипокампуса, след което се превръщат в спомен. Същото е и с негативните преживявания, тъй като тази зона отговаря за всички наши емоции.

Ралица Тодорова и екипът, в който работи, изследвали с електрод конкретни неврони в будно състояние и по време на сън. В първия случай ритъмът на мозъчните вълни е тета – между 7 и 12 херца, характерен за дълбоката релаксация. Наблюдават, че докато мишката минава през 4 точки в коридора, за да стигне до наградата си, 4 неврона се активират последователно.

Всеки от тях „светва“ на определено място,

в което се намира гризачът. Нито един не е активен, когато той пълзи в другите точки в стаята.

Това се повтаря и в експеримент по време на съня. Разликата е обаче в ритъма на мозъчните вълни. Тук наблюдават изключително високочестотни (около 150 херца) трептения, каквито са характерни при концентрирано съзнание, но те са изключително кратки (около една десета от секундата). Клетките, отговарящи за определено място в пространството, се активират в същата последователност, както е било и в будно състояние, но много по-бързо. Сякаш мишката пак минава по същия път и това показва, че ще запомни как да стигне до наградата.

В друг опит учените записали с електрод какво се случва в мозъка на гризача, когато се озове на кръстопът и се колебае накъде да поеме. Когато погледне наляво, в главата му се активира същият неврон, който е наблюдаван да „свети“ при движението му в тази посока друг ден. Когато се обръща надясно,

мислено мишката си представя как минава по коридора,

чуди се дали там ще е сиренцето.

Ако го намери, това се кодира и на следващ етап невроните ще предадат сигнали към други части на мозъка. Впечатленията се затвърждават и се превръщат в траен спомен, след като са повторени в съня.

Същите процеси протичат и при хората. Но тези, които са преживели травма в областта на хипокампуса, не могат да запазят в съзнанието си новите събития. Амнезията може да бъде в две посоки. В единия случай са сигурни какво е станало преди 20 години, но не знаят какво са обядвали вчера. А във втория – точно обратното, забравят всичко предишно.

Как мозъкът запаметява случка или факт?

До 2018 г. беше всеизвестен един-единствен принцип – чрез множество повторения. На физиологическо ниво при него, когато много пъти две клетки произвеждат електрически импулс едновременно и се свързват една с друга, връзката укрепва и се превръща в спомен. Не можем да усвоим висшата математика за седмици или месеци. Необходимо е да четем няколко години и да решаваме много задачи. Но преди 2 години учените откриват, че има и друг начин за формиране на спомени и той се случва именно в хипокампуса, добавя Ралица Тодорова. При него два неврона се свързват само еднократно, и то за изключително кратко време от порядъка на милисекунди. Вторият неврон излъчва много

бързи сигнали благодарение на непознати доскоро рецептори.

Хипокампус - където сънят превръща преживяното в спомен

Затова веднага запомняме къде се намираме в момента, дори и никога преди това да не сме били там. В съзнанието ни е запечатано откъде сме минали вчера, как сме се прибрали, кой е стоял на опашката до нас, каква музика е звучала. Всичко се случва именно в хипокампуса, който изследва Ралица Тодорова.

Но мозъкът ни не може да съхранява абсолютно всички детайли, които сме видели и преживели. Той си избира какво да отсее.

Колко време се задържа споменът в „морското конче”? Името на тази част от нашия ум идва от древногръцки – от думите „хипос“ (кон) и „кампос“ (морско чудовище). До няколко седмици, сочат експериментите. В чувствителната зона постоянно се освобождава място за нови впечатления и спомени.

Тя е специална и поради още един факт. Невроните в нея са изключително свързани помежду си, много повече, отколкото в останалите части на мозъка. Ако вземем една клетка на случаен принцип, вероятността да е свързана с друга е много малка. Докато в малката област на хипокампуса има 30% вероятност да попаднем на свързани неврони.

Учените подозират, че именно това е необходимо условие, за да се запаметяват нови събития.

Но в същото време точно тази особеност е свързана и с проблеми като епилепсия, алцхаймер, дори шизофрения. При хора с тези заболявания се появяват неадекватни реакции. „Ако много клетки едновременно излъчват сигнали, може да се получи епилептичен шок. При деменция първи умират невроните в хипокампуса“, казва още Ралица Тодорова.

Затова разгадаването на процесите, които протичат в него, може да бъде ключ към лечението на много заболявания. Около 47 милиона души по света страдат от алцхаймер, който е най-честата причина за деменция – в 70% от случаите. Данните са на Световната здравна организация. В Европейския съюз те са 7 милиона, но се очаква до 2050 г. бройката да се удвои. Всяка година се регистрират по 7,7 милиона нови случаи на деменция на Земята. Според СЗО тези с епилепсия са дори повече – 50 милиона души. А измъчваните от шизофрения са около 20 милиона души.

Всички тези хора биха могли да получат помощ, ако изследванията на хипокампуса продължат с успех. Има лаборатории, които се занимават именно с разликите във функционирането на мозъка на здрав и болен човек.

Работят над модели как да се облекчи положението на страдащите психически.

Използват мишки, които притежават същите гени, които отговарят за шизофренията например. Те показват проблеми в съня и с реактивацията на преживяното от деня.

Знаем от практиката колко е важно да си почиваме нощем. Науката обяснява защо съзнанието ни трябва да заспи. Не само отпускаме мозъка, но без това няма как да запомним нищо. Според изследванията колкото по-късно вечер четем нещо, толкова по-вероятно е да го запаметим. Тази теория оборва досегашните схващания, че най-добре е да се учи на свежа глава след сън.

В последните години експертите опровергаха и друг дългогодишен постулат – че когато умрат нервни клетки вследствие на стрес или на заболяване, те никога повече не могат да се възстановят. Проучванията показват, че това е мит и заблуда. Именно хипокампусът, който изследва Ралица Тодорова, е зоната, в която при възрастни индивиди могат да се образуват нови неврони. Смята се, че има храни, които помагат за това, като например куркумата. Както и упражнения за мозъка и качествен сън.

Много хора обаче загубиха спокойствието си през нощта, откакто в света се появи новият коронавирус и наложи на всички да променят начина си на живот и поведението си. Но за учените локдаунът не е причина да спрат с изследванията си, даже дава възможност за обмисляне на детайлите.

COVID-19 се отразява само косвено

върху работата на Ралица Тодорова, тъй като тя е анализатор в екипа и обсъжда с колегите си получените от експериментите данни. Всъщност затварянето засяга пряко самото извършване на опитите и ги забавя за известно време. А оттам и обработката, която младата невробиоложка е трябвало да направи. Сега тя продължава да работи от вкъщи, като разполага с пълен достъп до базата с данни на лабораторията.

Проектите в науката отнемат не просто месеци, а години, така че коронавирусът не оказва драстично влияние. „Трябва ни достатъчно време, за да се направят експериментите, да се анализират данните, да се консултират с колегите, които да дадат своите препоръки, и накрая резултатите да се подготвят и публикуват. Всичко това става в рамките на 3-4 години. Така че, ако COVID-19 се е отразил по някакъв начин на науката, това ще се види след няколко години“, коментира Ралица Тодорова.

Един от новите проекти, над който работи Ралица Тодорова

в колаборация с други невробиолози, е свързан с процеси не в хипокампуса, а в две отдалечени зони на мозъчната кора. Опитват се да докажат чрез експерименти с мишки дали има неврон „четец“, който отговаря, когато група клетки са активни за дадена концепция.

Например ако става дума за сериала „Приятели“, има групи от неврони, излъчващи сигнал, когато се спомене името или се види снимката на Дженифър Анистън, както и втора група – излъчваща сигнал при името или снимката на Лиса Кудроу. Въпросът е дали съществува „отговорник“, който ги задейства и съединява.

Отговорът, който получават в лабораторията, в която работи Ралица Тодорова, е положителен. За да се активира „четецът“, не е достатъчно всяка клетка от двете групи да излъчва сигнали. Важното е да произвеждат електрически импулси по едно и също време.

„В момента записваме сигналите в две различни зони на кортекса, докато един плъх разбира нещо ново – обяснява невробиоложката. – Виждаме, че е наличен „отговорник“ за група нервни клетки, които са активни заедно в първата зона.

Но преди плъхът да е научил къде е сиренцето, четецът не се активира от групата клетки. Когато гризачът стигне до определено място и осъзнае как може да получи награда, този неврон започва да отговаря за клъстера. Впоследствие виждаме, че това се повтаря по време на съня.”

Защо обаче не можем да запомним голяма част от сънищата си,

а само фрагменти от тях, и то невинаги?

Причината е в състоянието, в което се намира мозъкът, и невромодулаторите, които го контролират. През нощта, по време на покой един от тях – ацетилхолинът, е изключително намален. Съзнанието ни се рее, не сме концентрирани, няма ги необходимите мозъчни вълни за запаметяване, обяснява Ралица Тодорова. А когато сме будни, ацетилхолинът е в обилни количества.

Според нея е мит, че сънуваме рядко. Всяка нощ преживяванията се възпроизвеждат в хипокампуса, но просто много пъти не остават в съзнанието ни.

Парадоксалното е, че само заради съня можем да помним това, което сме преживели в будно състояние. Всички животни спят, включително и червеите.

Скъсяването и некачественият нощен покой, както и стресът се отразяват неминуемо негативно върху способността ни да запаметяваме. Но един ден екипът на Ралица Тодорова може да повлияе революционно на тези непознати доскоро процеси в мозъка.