Od wielu lat naukowcy badają skomplikowane procesy zachodzące w ludzkim mózgu podczas głębokiego snu, a jedno z kluczowych odkryć ostatnich dziesięcioleci dotyczy tzw. wolnych fal mózgowych. Te fale elektryczne, znane również jako wolne oscylacje, odgrywają kluczową rolę w konsolidacji długoterminowych wspomnień. Jednak jak dokładnie wpływają na neokorteks, część mózgu odpowiedzialną za przechowywanie informacji, do niedawna nie było jasne. Zespół badaczy z Charité – Universitätsmedizin Berlin odkrył mechanizmy, które wyjaśniają, dlaczego te fale są kluczowe dla tworzenia trwałych wspomnień.

Sen jako klucz do przechowywania wspomnień

Podczas snu ludzki mózg przechodzi przez różne fazy, a głęboki sen, znany jako faza wolnych fal, wyróżnia się jako wyjątkowo ważny dla procesów pamięciowych. Zgodnie z opinią neurobiologów, mózg w tej fazie odtwarza wydarzenia i informacje z poprzedniego dnia. Przenosi te informacje z hipokampu, gdzie krótkoterminowe wspomnienia są przechowywane tymczasowo, do neokorteksu, regionu mózgu odpowiedzialnego za długoterminową pamięć. Wolne oscylacje, rytmiczne zmiany napięcia elektrycznego w korze mózgowej, są kluczowe dla tego procesu. Ich synchronizacja umożliwia przeniesienie i trwałe przechowywanie informacji.

Synchronizacja fal mózgowych

Wolne oscylacje mózgowe można mierzyć za pomocą elektroencefalogramu (EEG), a ich częstotliwość wynosi około jednego cyklu na sekundę. Te niskoczęstotliwościowe oscylacje umożliwiają jednoczesną aktywację dużej liczby neuronów w neokorteksie. Zgodnie z wypowiedzią prof. dr. Jörga Geigera, kierownika badań, te oscylacje nie tylko stymulują procesy pamięciowe, ale także zwiększają podatność synaps – połączeń między komórkami nerwowymi.

Rewolucyjne badania na ludzkiej tkance

Zespół badawczy przeprowadził analizę próbek tkanki mózgowej pobranych od pacjentów poddanych neurochirurgicznym zabiegom z powodu epilepsji lub guzów mózgu. Próbki były przechowywane w specjalnych warunkach, aby zachować ich funkcjonalność. Symulując wolne oscylacje charakterystyczne dla głębokiego snu, badacze śledzili reakcje neuronów, stosując zaawansowane metody, takie jak technika multipatch. Ta metoda umożliwiła precyzyjne mierzenie aktywności wielu synaps jednocześnie, zapewniając szczegółowy wgląd w wzajemną komunikację komórek nerwowych.

Plastyczność synaptyczna i czas

Jednym z kluczowych wniosków z badania było odkrycie, że synapsy między neuronami osiągają największą efektywność w określonym momencie cyklu wolnych oscylacji. Gdy napięcie elektryczne nagle wzrasta, neokorteks wchodzi w stan zwiększonej gotowości do przyjmowania i przechowywania informacji. Ten krótki okno czasowe, według słów dr. Franza Xavera Mittermaiera, umożliwia skuteczne przesyłanie wspomnień z hipokampu do długoterminowego magazynu.

Praktyczne zastosowanie odkryć

Nowe odkrycia otwierają drzwi do rozwoju technologii, które mogą poprawić funkcje pamięciowe u ludzi. Na przykład transkranialna elektrostymulacja i akustyczna stymulacja są już stosowane w celu stymulacji wolnych fal podczas snu, ale ich zastosowanie obecnie opiera się na metodzie prób i błędów. Dzięki precyzyjnemu zrozumieniu mechanizmów czasowych możliwe jest opracowanie celowanych metod stymulacji, które mogą pomóc osobom z lekkimi uszkodzeniami poznawczymi lub starszym osobom w zachowaniu pamięci.

Nauka o wolnych falach

Wolne fale są częścią spektrum aktywności mózgowych znanych jako fale delta, a oprócz snu, mogą występować także w przypadku niektórych zaburzeń neurologicznych. Ich rola w procesach takich jak plastyczność synaptyczna i konsolidacja wspomnień jest przedmiotem intensywnych badań, z potencjałem do zastosowań klinicznych. Dzięki takim badaniom jesteśmy coraz bliżej zrozumienia skomplikowanych procesów, które kształtują naszą zdolność do zapamiętywania i uczenia się.