Нейробиологи выяснили, как во сне формируются воспоминания

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, они показывают, что по мере того, как мозг циклически проходит через фазы медленного и быстрого сна примерно пять раз за ночь, гиппокамп «обучает» неокортекс, закрепляя воспоминания в памяти.

Команда ранее создавала модели нейронных сетей для имитации функций обучения и памяти. Специально для этой работы была спроектирована модель, которая включала имитацию гиппокампа, мозгового центра новых воспоминаний, и неокортекса, отвечающего за уровни познания и сохранения воспоминаний. Во время имитации сна исследователи могли наблюдать, какие смоделированные нейроны срабатывают в этих двух областях, а затем анализировать модели активности.

Команда провела несколько симуляций сна, используя созданный ими алгоритм обучения. Моделирование показало, что во время медленного сна мозг в основном анализирует недавние инциденты и новые данные в гиппокампе, а во время быстрого сна он перерабатывает эту информацию в областях неокортекса.

Исследователи объяснили, что во время медленного сна гиппокамп фактически обучает неокортекс, а во время фазы быстрого сна тот повторно активируется и может воспроизводить то, что узнал. Таким образом, чередование двух стадий сна имеет большое значение для формирования воспоминаний.

Следующим шагом исследователей будет проведение экспериментов, чтобы понять, действительно ли быстрый сон вызывает старые воспоминания и какое значение это может иметь для интеграции новой информации в существующие знания.

Текущие симуляции были основаны на том, что обычный взрослый человек спит ночью обычным здоровым сном. Однако выводы исследователей ещё предстоит подтвердить для детей и тех людей, у которых другой режим сна.

Авторы работы полагают, что в долгосрочной перспективе лучшее понимание роли стадий сна в формировании памяти может помочь в лечении психических и неврологических расстройств. При этом вдохновленный биологией алгоритм может указать новые направления для более мощной автономной памяти в системах искусственного интеллекта.

Ранее исследователи выяснили, что сочетание активации определённых паттернов во время сна позволяет мозгу фиксировать воспоминания. Они выявили два паттерна, которые создают «окна возможностей» для реактивации воспоминаний. Чем сильнее эта реактивация, тем яснее мы будем вспоминать прошлые события.

Кроме того, нейробиологи сумели впервые зафиксировать, как ключевой участок мозга, отвечающий за память, совершает ошибку при извлечении воспоминания. Паттерны активации клеток мозга были похожими в случае извлечения как правильного, так и неправильного воспоминания, однако отличалась скорость их активации.