دانشمندان امواج مغزی مرموز "تنها" مرتبط با از دست دادن حافظه را کشف کردند

از خواربار فروشی بیرون می آیی و آماده می شوی که به خانه بروی و شام درست کنی. اما وقتی پارکینگ شلوغ را اسکن می کنید، یک سوال خسته کننده به ذهنتان خطور می کند. ماشینت را کجا گذاشتی؟ شما سعی می کنید آن نقطه را به تصویر بکشید، اما خاطره حاضر نمی شود ظاهر شود.

یادآوری تجربیات شخصی مانند اینها به حافظه اپیزودیک بستگی دارد که به ما امکان می دهد وقایع زندگی خود را به یاد آوریم. این خاطرات به شکل‌گیری پایه‌های حافظه بلندمدت کمک می‌کنند، خواه شامل یک نقطه عطف دوران کودکی، مانند روز اول دبستان باشد، یا اتفاقی که چند دقیقه زودتر رخ داده است، مانند پارک کردن ماشین.

این توانایی با افزایش سن ضعیف می شود. بازیابی مناظر، صداها و سایر جزئیات مرتبط با تجربیات گذشته به طور فزاینده ای دشوار می شود. دانشمندان هنوز به طور کامل نمی دانند که چرا این اتفاق می افتد. اگرچه برخی از کاهش حافظه بخش رایج پیری است، اما این تغییرات می تواند در افراد مبتلا به آلزایمر بسیار شدیدتر شود.

یک مطالعه جدید توسط محققان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، سرنخ های مهمی در مورد آنچه ممکن است در مغز پیری رخ دهد ارائه می دهد. عومر شارون، عصب شناس و همکارانش که زیر نظر متیو واکر، محقق سابق خواب برکلی کار می کردند، ارتباطی بین امواج مختل شده مغز در طول خواب عمیق، کاهش عملکرد حافظه و تجمع تاو، پروتئین مرتبط با بیماری آلزایمر، کشف کردند.

یافته ها نشان می دهد که تجمع تاو در قشر پیشانی مغز با تغییراتی در فعالیت الکتریکی هماهنگ که به حفظ خاطرات در یک شب کمک می کند، مرتبط است.

شارون، محقق فوق دکترا در مرکز علوم خواب انسان در دانشگاه کالیفرنیا برکلی، گفت: این اولین باری است که ما این رابطه بین تاو و چگونگی تثبیت حافظه را با تضعیف امواج آهسته حرکتی که از قشر پیشانی منشأ می‌گیرند را نشان داده‌ایم.

این تحقیق در Nature Neuroscience منتشر شده است.

چگونه خواب عمیق به ذخیره خاطرات مغز کمک می کند؟

خواب شامل چندین مرحله مجزا است که هر کدام با الگوهای متفاوتی از فعالیت مغز مرتبط است. خواب با حرکات سریع چشم به ویژه قابل تشخیص است زیرا چشم ها در زیر پلک های بسته حرکت می کنند و بیشتر رویا دیدن در این مرحله اتفاق می افتد. با این حال، مرحله دیگری که به عنوان خواب غیر REM شناخته می شود، به ویژه برای حفظ عملکرد سالم مغز مهم است.

در طول این مرحله عمیق‌تر از خواب، زمانی که رویا دیدن محدود یا غایب است، گروه‌های بزرگی از نورون‌ها برای مدت کوتاهی غیرفعال می‌شوند و سپس دوباره در یک توالی هماهنگ فعال می‌شوند. این تغییرات همزمان امواج الکتریکی آهسته ای را تولید می کند که در سراسر مغز پخش می شود و معمولا از قشر پیشانی شروع می شود.

شارون گفت: "هر موج آهسته جمعیت عظیمی از نورون ها را منعکس می کند که با هم خاموش و روشن می شوند." "مطالعه ما نشان می دهد که برای حافظه، بسیار مهم است که این رویدادها به ترتیب در بخش های بزرگی از مغز آبشار شوند. این خاموشی هماهنگ تنها در طول خواب عمیق مشاهده شده است و ممکن است یکی از دلایل خوابیدن ما باشد."

محققان دریافتند که با انباشته شدن تاو در مغز پیری، این فعالیت با دقت سازماندهی شده کمتر هماهنگ می شود. امواج به جای سفر با هم در مناطق وسیع، پراکنده تر می شوند و مسافت های کوتاه تری را پوشش می دهند. این تغییرات با تثبیت ضعیف‌تر حافظه، کاهش توانایی‌های شناختی و بیماری آلزایمر مرتبط است.

پروتئین آلزایمر با امواج مختل مغز مرتبط است

برای بررسی این رابطه، دانشمندان فعالیت مغز خواب را با استفاده از الکتروانسفالوگرام (EEG) بررسی کردند. آنها جوانان سالم از نظر شناختی در اوایل دهه 20 را با شرکت کنندگان مسن تر از اواسط دهه 60 تا 70 سالگی مقایسه کردند.

تفاوت ها چشمگیر بود. در شرکت‌کنندگان جوان‌تر، گروه‌هایی از امواج آهسته با هم در فواصل تقریبا معادل عرض یک دست روی پوست سر حرکت کردند. در میان افراد مسن تر، امواج به جای حرکت در گروه های هماهنگ، معمولا کمتر مسافتی را طی می کردند و بیشتر مستقل ظاهر می شدند.

این تیم همچنین بررسی کردند که آیا این تغییرات با تجمع تاو مرتبط است یا خیر. محققان با همکاری دکتر ویلیام جاگوست، استاد بازنشسته بهداشت عمومی و علوم اعصاب دانشگاه برکلی، از اسکن توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) برای بررسی مغز شرکت کنندگان مسن تر استفاده کردند. این تکنیک تصویربرداری از ردیاب های رادیواکتیو وارد شده به جریان خون برای آشکار کردن فعالیت بیولوژیکی و توزیع مواد خاص استفاده می کند.

اسکن‌ها نشان داد که تجمع تاو بیشتر در قشر پیشانی با شکست امواج طولانی‌تری که معمولا در طول خواب عمیق مشاهده می‌شوند، مرتبط است.

نکته مهم، این تغییرات در افرادی بود که به بیماری آلزایمر مبتلا نشده بودند.

شارون گفت: «این افراد آلزایمر نداشتند. "آنها در مغزشان تاو داشتند، اما با اثرات تحت بالینی. کاهش حافظه آنها در محدوده طبیعی برای سن آنها بود."

شارون توضیح داد که تغییرات اولیه مرتبط با آلزایمر می تواند به طور قابل توجهی از نظر شدت متفاوت باشد. مقدار تاو موجود در مغز با عملکرد شناختی مرتبط است، حتی زمانی که توانایی های حافظه یک فرد در محدوده مورد انتظار برای سن او باقی بماند.

مرموز "امواج تنهایی" مرتبط با از دست دادن حافظه

محققان می خواستند تعیین کنند که آیا الگوهای خواب تغییر یافته با تفاوت های واقعی در نحوه به خاطر سپردن اطلاعات افراد مرتبط است یا خیر.

برای آزمایش این موضوع، شرکت کنندگان جفت کلمات مرتبط را در شب یاد گرفتند. روز بعد از آنها خواسته شد تا آنچه را که آموخته بودند به خاطر بیاورند و به دانشمندان این امکان را داد که ارزیابی کنند که چقدر به طور موثر خاطرات یک شبه حفظ شده اند.

شرکت‌کنندگانی که امواج مغزی آهسته‌شان مسافت‌های کوتاه‌تری را طی می‌کرد و منزوی‌تر به نظر می‌رسیدند، عموما تداعی کلمات کمتری را به خاطر داشتند. محققان این الگوهای جدا شده را «امواج تنهایی» نامیدند.

این تیم همچنین زیرمجموعه ای از شرکت کنندگان را در طی چندین سال ردیابی کردند تا ببینند چگونه مغز آنها با گذشت زمان تغییر می کند. در میان افرادی که سطح تاو قشر پیشانی آنها افزایش یافته بود، امواج آهسته هماهنگی کمتری داشتند و توانایی آنها برای حفظ اطلاعات تازه آموخته شده در طول شب کاهش یافت.

این مشاهدات شواهدی از رابطه بین تجمع تاو، تغییرات در فعالیت مغز در خواب عمیق و بدتر شدن حافظه اپیزودیک ارائه می‌دهند. با این حال، آنها ثابت نمی کنند که تجمع تاو به طور مستقیم باعث از دست دادن حافظه می شود یا اینکه امواج مختل شده مکانیسم مسئول هستند.

از آنجایی که اسکن PET پرهزینه است و به امکانات تخصصی نیاز دارد، دانشمندان به دنبال راه دیگری برای بررسی رابطه بین پروتئین های مرتبط با آلزایمر و فعالیت خواب بودند.

آنها با Yo-El Ju متخصص مغز و اعصاب در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس برای تجزیه و تحلیل مایع نخاعی گروه جداگانه ای از افراد مسن همکاری کردند. هدف این بود که مشخص شود آیا اندازه‌گیری پروتئین‌های مرتبط با آلزایمر می‌تواند الگوهایی شبیه به آنچه در تصویربرداری مغز دیده می‌شود را نشان دهد یا خیر.

بر خلاف اسکن PET، اندازه گیری مایع نخاعی نمی تواند تجمع تاو را به طور خاص در قشر پیشانی تشخیص دهد. با این وجود، نتایج به همین جهت اشاره کرد.

افرادی که مغز آنها در خواب امواج آهسته تری تولید می کند، نسبت تاو به آمیلوئید، پروتئین دیگری که ارتباط نزدیکی با بیماری آلزایمر دارد، در مایع نخاعی خود داشتند.

سازگاری بین این گروه‌های مستقل و روش‌های آزمایش، اعتماد محققان را به یافته‌ها تقویت کرد.

شارون گفت: «این در یک مکان کاملا متفاوت و در گروهی متفاوت جمع‌آوری شده است، بنابراین فکر می‌کنم این به قدرت شواهد می‌افزاید.

ضبط خواب، اسکن مغز، تجزیه و تحلیل مایع نخاعی و ارزیابی حافظه با هم نشان می دهد که تجمع تاو با اختلال خاصی در فعالیت مغز در طول خواب عمیق مرتبط است.

شارون گفت: "این همبستگی طولی نشان می دهد که آسیب شناسی بیماری آلزایمر با اختلال در این ویژگی اصلی خواب مرتبط است."

خواب عمیق چه چیزی را در مورد مغز پیر نشان می دهد

اگرچه حافظه اغلب با افزایش سن کاهش می یابد، اما تحقیقات جدید نشان می دهد که این فرآیند ممکن است فراتر از افزایش سن باشد. تغییرات مرتبط با بیماری آلزایمر، به ویژه تجمع تاو در مناطقی که مسئول تولید امواج آهسته گسترده هستند، ممکن است به توضیح اینکه چرا برخی از افراد در حفظ خاطرات با مشکل بیشتری مواجه می شوند، کمک کند.

شارون گفت: «این فقط مربوط به سن نیست. این میزان آسیب شناسی شما در نواحی پیشانی است که امواج جهانی از آنجا سرچشمه می گیرند.

به نظر می رسد کیفیت خواب نیز بخشی از تصویر باشد. اگرچه تعریف یا اندازه‌گیری دقیق آن می‌تواند دشوار باشد، سازماندهی و حرکت امواج آهسته مغز ممکن است شاخص‌های مهمی را در مورد اینکه مغز به طور موثر عملکردهای حافظه شبانه خود را انجام می‌دهد، ارائه دهد.

این یافته ها این احتمال را افزایش می دهد که تغییرات در فعالیت خواب عمیق می تواند در نهایت به محققان کمک کند تا مشکلات اولیه حافظه را بهتر درک کنند یا شناسایی کنند. آنها همچنین به اهداف بالقوه برای درمان های آینده با هدف محافظت از حافظه با افزایش سن افراد اشاره می کنند.

با این حال، در حال حاضر، یک سوال اصلی بی پاسخ مانده است. دانشمندان هنوز باید تعیین کنند که آیا انباشته شدن تاو به تجزیه امواج خواب هماهنگ کمک می کند، آیا تغییرات در آن امواج بر تجمع تاو تأثیر می گذارد یا اینکه این رابطه شامل فرآیندهای اضافی است.

شارون گفت: «ما می‌توانیم امواج تاو و تنها را ببینیم که در طول زمان با هم بلند می‌شوند. چیزی که هنوز نمی‌توانیم بگوییم این است که کدام منجر می‌شود - و این سؤال نحوه طراحی مداخلات را شکل می‌دهد.»

نویسندگان دیگر این مطالعه عبارتند از شی چن، جیمز وستفال، چلسی براون، و ویوما دی شاه از دانشگاه برکلی، همراه با جیسون دود از دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس.

بودجه از کمک های مالی اعطا شده توسط مؤسسه ملی پیری در مؤسسه ملی بهداشت تأمین می شود. شارون همچنین از طریق فلوشیپ پسادکتری بنیاد گلن برای تحقیقات پزشکی و کمک هزینه تحصیلی Weill Neurohub حمایت دریافت کرد.

مواد ارائه شده توسط دانشگاه کالیفرنیا - برکلی. نوشته اصلی توسط Maya L. Kapoor. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.

دانشمندان زنگ خطر را به صدا در می آورند زیرا سرطان روده بزرگ کاهش 20 ساله را معکوس می کند

یک کلید مخفی برای مبارزه با سرطان می تواند سیستم ایمنی بدن انسان را افزایش دهد

یک بیماری ویرانگر، عرضه شکلات جهان را تهدید می کند - اما دانشمندان ممکن است پاسخ آن را پیدا کنند

محققان کشف کردند که زمین ممکن است 4.5 میلیارد سال پیش آب خود را ساخته باشد