Idea i cel badania

Jak dotąd przeprowadzono niewiele doświadczeń dotyczących funkcjonowania neuronów w korze wzrokowej mózgu, które mogłyby dostarczyć ważnych informacji na temat powstawania wspomnień wzrokowych. Badanie w tym zakresie podjęli ostatnio naukowcy z Harvard Medical School, którzy śledzili aktywność neuronów w korze wzrokowej mózgu myszy, gdy zwierzęta pozostawały w stanie czuwania, aby zbadać, jak proces snu na jawie przebiega na poziomie neurobiologicznym i czy może być istotny dla obszaru mózgu związanego z uczeniem się oraz zapamiętywaniem. Celem było sprawdzenie możliwości zarejestrowania aktywności neuronów w korze wzrokowej, aby zrozumieć, co dokładnie pamiętają zwierzęta ze snu na jawie, a następnie powiązać te informacje z plastycznością mózgu. 

Naukowcy podczas eksperymentu skupili się na analizie, w jaki sposób neurony odtwarzają przeszłe zdarzenia, tworząc wspomnienia i mapując środowisko fizyczne w hipokampie – obszarze mózgu, który odgrywa kluczową rolę w zapamiętywaniu i nawigacji przestrzennej. Odkryli, że neurony te uruchamiały się według wzoru podobnego do tego, który występuje, gdy mysz patrzy na rzeczywisty obraz, co sugeruje, że ta śniła o widzianym wcześniej obrazie. Co więcej, wzorce aktywności podczas pierwszych kilku snów myszy w ciągu dnia pozwalały przewidzieć, jak reakcja mózgu na obraz będzie się zmieniać w czasie.

Na czym polegało badanie?

W najnowszym badaniu naukowcy wielokrotnie pokazali myszom dwa obrazy, a każdy z nich był złożony z innego wzoru szachownicy – szarych i czarno-białych kwadratów. Pomiędzy obrazami myszy przez minutę patrzyły na szary ekran. Zespół jednocześnie zarejestrował aktywność ok. 7 tys. neuronów w korze wzrokowej. Naukowcy odkryli, że gdy mysz patrzyła na obraz, neurony uruchamiały się według określonego wzoru, a wzory te były na tyle różne, że pozwalały na odróżnienie tych obrazów od siebie. Co ważniejsze, gdy mysz patrzyła na szary ekran pomiędzy wizualizacjami, neurony czasami uruchamiały się w podobny, choć nie identyczny sposób, jak wtedy, gdy mysz patrzyła na obraz, co było oznaką, że śniła o obrazie. Te sny pojawiały się tylko wtedy, gdy myszy były zrelaksowane i charakteryzowały się spokojnym zachowaniem.

Kolejnym odkryciem był fakt, że wzorce aktywności obserwowane przez myszy oglądające obrazy zmieniały się w czasie, a proces ten neurobiolodzy nazywają „dryfem reprezentacyjnym”. Z biegiem czasu wzorce powiązane z obrazami stawały się coraz bardziej zróżnicowane, aż w końcu każdy z nich obejmował niemal całkowicie oddzielny zestaw neurologiczny zaangażowany w ich odtwarzanie. Ponadto wzór odnotowany podczas pierwszych kilku snów myszy o obrazie przewidywał, jaki wzór pojawi się, gdy mysz spojrzy na obraz w przyszłości, Pozwala to stwierdzić, iż z czasem następuje zmiana w sposobie, w jaki mózg reaguje na ten sam obraz, a wcześniejsze sny na jawie pozwalają przewidzieć kierunek tych zmian. Co więcej, naukowcy odkryli, że sny na jawie rejestrowane w korze wzrokowej pojawiały się w tym samym czasie, gdy w hipokampie ujawniała się aktywność odtwarzania, co sugeruje, że podczas tych snów oba obszary mózgu komunikowały się.

Wnioski z badania

Na podstawie uzyskanych wyników badacze sugerują, że sny na jawie mogą być aktywnie zaangażowane w plastyczność mózgu. Widząc uprzednio dwa różne obrazy (wielokrotnie), mózg może je rozróżnić, pozostając w stanie snu. Odkrycia zwracają uwagę na fakt, że sen na jawie może korzystnie wpływać na proces rozróżniania, kierując wzorce neuronowe powiązane z tymi dwoma obrazami, choć wymaga to jeszcze potwierdzenia. Badacze podają, że nauka rozróżniania obrazów powinna w przyszłości pomóc myszy reagować na każdy obraz z większą precyzją. Obserwacje te pokrywają się z rosnącą liczbą dowodów dotyczących gryzoni i ludzi, iż wejście w stan czuwania po przeprowadzeniu doświadczenia wpływa na poprawę zdolności uczenia się i zapamiętywania. Randy Buckner, profesor psychologii i neuronauki rodziny Sosland na Uniwersytecie Harvarda, wskazuje, że aktywność mózgu w korze wzrokowej wzrasta, gdy od ludzi wymaga się szczegółowego przypomnienia sobie widzianego wcześniej obrazu. Inne badania pozwoliły zarejestrować fale aktywności elektrycznej w korze wzrokowej i hipokampie podczas takich procesów przypominających.

Dalsze perspektywy

Głównym celem badania jest odpowiedź na pytanie, czy sny na jawie u ludzi wiążą się z podobnymi wzorcami aktywności w korze wzrokowej? Choć odpowiedź wymaga przeprowadzenia licznych doświadczeń, powyższe badanie dostarcza wstępnych dowodów na to, że analogiczny proces z wysokim prawdopodobieństwem zachodzi u ludzi, gdy przywołują oni dane obrazy wizualne. Wyniki sugerują, że sny na jawie mogą odgrywać ważną rolę w plastyczności mózgu, zwłaszcza odnośnie do jego zdolności do przebudowy w odpowiedzi na nowe doświadczenia oraz kształtowania przyszłej reakcji sensorycznej mózgu na widziane wcześniej obrazy. W przyszłych eksperymentach badacze planują wykorzystać swoje narzędzia obrazowania do wizualizacji połączeń między poszczególnymi neuronami w korze wzrokowej i zbadania, jak zmieniają się te połączenia, gdy mózg przywołuje te obrazy.