Новое исследование перевернуло представление о том, как формируется память во сне

Крысы, лабиринты и двадцать часов наблюдений

Учёные сосредоточились на изучении пространственной памяти — способности запоминать расположение объектов в окружающей среде. Именно этот тип памяти имеет ключевое значение для выживания: и дикое животное, и современный горожанин ежедневно опираются на него, прокладывая маршруты и отыскивая нужные места.

В ходе экспериментов лабораторных крыс обучали запоминать местонахождение пищи. Затем исследователи в течение двадцати часов непрерывно наблюдали за активностью нейронов в гиппокампе спящих животных с помощью беспроводных технологий регистрации сигналов. Это принципиально важное отличие от предыдущих работ: ранее учёные могли анализировать лишь короткие временные отрезки, что не позволяло увидеть полную картину. Двадцатичасовое окно наблюдений открыло то, что прежде оставалось за кадром. Об этом рассказал ученый Ларс Боллманн.

Гиппокамп: картограф, который не спит

Гиппокамп — небольшая структура в глубине мозга — давно известен как главный «архивариус» памяти. Именно здесь формируются когнитивные карты пространства: специальные нейроны активируются в строго определённый момент, когда животное или человек находится в конкретном месте. Нейробиологи называют такие клетки «клетками места». Они работают как GPS-метки, кодируя окружающую среду в виде нейронных узоров.

Исследователь Йожеф Чичвари объяснил суть открытия: нейронные структуры на ранних стадиях сна точно воспроизводят узоры активности, которые возникали в момент обучения. Иными словами, мозг буквально «проигрывает» только что пережитый опыт — примерно так, как человек мысленно прокручивает важный разговор сразу после того, как он состоялся. Но по мере того как сон продолжается, картина начинает меняться.

Нейроны меняются местами

Самое неожиданное открытие состоит в следующем: не все нейроны, активные в начале сна, остаются активными до его конца. Часть клеток, энергично работавших на первых этапах, постепенно «замолкает». Им на смену приходят другие — те, что до этого момента хранили молчание.

Учёный Ларс Боллманн охарактеризовал этот результат как неожиданный: свидетельства нейронной активности изменяются на протяжении всего периода сна, причём не все нейроны, ответственные за конкретное место получения награды, сохраняют активность в течение всей ночи. Боллманн также подчеркнул поразительный финальный эффект: паттерн активации нейронов, который возникает на поздних стадиях сна, в итоге совпадает с тем, что наблюдается у крыс в момент пробуждения, когда они вспоминают расположение пищи.

Это означает, что сон не просто закрепляет воспоминания — он их трансформирует, приводя нейронный код в ту форму, которая наиболее удобна для последующего использования.

Что происходит с памятью на самом деле

Чичвари предложил ёмкую метафору для понимания процесса: представления в памяти формируются быстро в ходе обучения, однако они далеко не всегда оптимальны для долгосрочного хранения. Сон выступает своеобразным редактором — он устраняет избыточность, перераспределяет нагрузку между нейронами и высвобождает ресурсы мозга для новых задач.

Это явление получило название «дрейф представлений»: нейронный код одного и того же воспоминания медленно смещается со временем, не разрушая само воспоминание, но делая его более экономичным и устойчивым. Можно провести аналогию с черновиком текста, который после правки становится короче и точнее, не теряя при этом смысла.

Что именно происходит в мозге во время этого «редактирования»? Исследователи выделяют несколько ключевых процессов:

• Реактивация — повторное «воспроизведение» недавнего опыта в спящем мозге, закрепляющее нейронные связи;
• Перераспределение активности — одни нейроны «передают эстафету» другим, делая код воспоминания более компактным;
• Интеграция — новые воспоминания встраиваются в уже существующую сеть знаний;
• Оптимизация ресурсов — мозг освобождает нейронный «резерв» для предстоящего дня.