پژوهشگران دانشگاه ویسکانسین-مدیسون با موفقیت توانستهاند حالتی را در مغز موشها القا کنند که در آن بخشی از قشر مغز وارد الگوی خواب میشود، در حالی که سایر نواحی مغز کاملاً فعال باقی میمانند. این یافته که در نشریه Nature Neuroscience منتشر شده است، نشان میدهد که مغز حتی در حالت بیداری و فعالیت، قادر به انجام فرایندهای ترمیمی در نواحی خاص است.
این پژوهش به بررسی عمیقتر عملکرد مغز در زمان خواب میپردازد. در طول خواب غیر REM، که حدود ۸۰ درصد از کل زمان خواب را به خود اختصاص میدهد، نورونهای قشر مغز از فعالیت پراکنده و تصادفی بیداری فاصله گرفته و وارد الگوهای هماهنگ آتشگیری میشوند. این الگوها که با امواج کند در الکتروانسفالوگرام (EEG) قابل مشاهده هستند، نقش حیاتی در تثبیت حافظه، تقویت اتصالات سیناپسی مفید و حذف اتصالات زائد ایفا میکنند. این فرایندها فضای لازم را برای یادگیری و عملکرد شناختی در روز بعد فراهم میآورند.
القای حالت خواب در یک ناحیه خاص از قشر مغز
دکتر کیارا چیرلی و همکارانش با بهرهگیری از تکنیک اپتوژنتیک، که با استفاده از نور، نورونهای دستکاری شده ژنتیکی را فعال یا غیرفعال میکند، موفق به انجام این دستاورد علمی شدند. آنها با تحریک سلولهای بازدارنده خاصی در مغز موشها، توانستند الگوی امواج کند خواب را به صورت هدفمند و موضعی در یک بخش از قشر مغز ایجاد کنند. این تحریک برای مدت ۳۰ دقیقه در انتهای یک دوره پنج ساعته محرومیت از خواب انجام شد، در حالی که موشها کاملاً بیدار و فعال بودند.
نتایج نشان داد که در بخش تحریک شده، فعالیت امواج کند در طول دوره خواب بعدی، کمتر از بخش تحریک نشده بود. این بدان معناست که آن ناحیه از مغز، نیاز کمتری به بازسازی داشته است، گویی بخشی از فرایند ترمیمی خود را در حالت بیداری و به صورت موضعی تجربه کرده است. این یافته نشان میدهد که حتی استراحت کوتاه نورونها در یک الگوی خاص، میتواند اثرات ترمیمی مشابه خواب عمیقتر داشته باشد.
اهمیت الگوی تناوبی "روشن و خاموش"
نکته شگفتانگیز این پژوهش این بود که صرف کاهش فعالیت کلی نورونها بدون الگوی تناوبی، نتوانست اثرات ترمیمی مشابهی را ایجاد کند. محققان با استفاده از ابزار دیگری، نرخ کلی آتشگیری نورونها را به سطح پایین مشابهی رساندند، اما بدون چرخه متناوب روشن و خاموش، هیچ بهبودی در امواج کند بعدی مشاهده نشد. این موضوع نشان میدهد که خودِ این الگوهای متناوب، نه صرفاً سکوت نورونها، نقش کلیدی در بازسازی و کالیبراسیون مجدد اتصالات مغزی ایفا میکنند.
بررسی مولکولی نیز این فرضیه را تایید کرد. پس از تحریک در حالت بیداری، قشر تحریک شده سطوح پایینتری از گیرندههای AMPA را نشان داد؛ پروتئینهایی که قدرت اتصالات سیناپسی را تنظیم میکنند. این کاهش مشابه چیزی است که پس از یک دوره خواب واقعی مشاهده میشود.
نجات حافظه از شب بیخوابی
مرحله نهایی پژوهش، آزمونی بر روی حافظه موشها بود. موشها برای تشخیص دو بافت کف متفاوت آموزش داده شدند؛ مهارتی که برای تثبیت آن به خواب نیاز است. گروهی از موشها اجازه خوابیدن داشتند، گروهی یک ساعت بیدار نگه داشته شدند و گروهی نیز یک ساعت بیدار ماندند اما تحت تحریک "روشن و خاموش" در قشر حسی و حرکتی قرار گرفتند. موشهای محروم از خواب که هیچ تحریکی دریافت نکرده بودند، روز بعد عملکرد ضعیفی داشتند. اما موشهایی که تحریک "روشن و خاموش" را دریافت کرده بودند، با وجود عدم خواب کافی، عملکرد حافظهای تقریباً مشابه موشهایی داشتند که خواب کامل را تجربه کرده بودند. این نشان میدهد که حافظه آنها، بدون نیاز به خواب کامل، نجات یافته است.
البته، این یافتهها به معنای امکان حذف کامل خواب در آینده نزدیک نیست. این تحقیقات هنوز در مراحل اولیه بوده و بر روی موشها با استفاده از روشهای تهاجمی مانند کاشت ایمپلنت و دستکاری ژنتیکی انجام شده است. بازسازی گسترده مغز در طول یک شب کامل خواب، فرایندهایی را شامل میشود که یک مداخله موضعی قادر به تقلید کامل آن نیست. دکتر چیرلی علاقهمند به بررسی امکان دستیابی به اثرات مشابه از طریق روشهای غیرتهاجمی مانند تحریک مغناطیسی فراجمجمهای (TMS) در انسانها است.
امی بنی آدامز از موسسه ملی اختلالات عصبی و سکته مغزی آمریکا، که حامی مالی این تحقیق بوده، بیان داشته است: "این پژوهش به رمزگشایی بیشتر چرایی خواب و نحوه یادگیری ما کمک میکند و ما را یک قدم به درک بهتر چگونگی پیشگیری و درمان زوال شناختی نزدیکتر میسازد." این یافتهها درک ما را از اهمیت الگوهای دقیق فعالیت مغزی در طول خواب و بیداری برای حفظ سلامت شناختی و عملکرد حافظه افزایش میدهد.
