فراتر از گذشته؛ مغز ما هنگام خواب برای ثبت خاطرات آینده نیز آماده می‌شود

مغز انسان نه‌تنها باید آرشیوی گسترده از خاطرات موجود را حفظ کند، بلکه لازم است هر روز اطلاعات جدیدی را نیز بررسی کند. این کار مستلزم آن است که مغز پیش از وقوع خاطرات جدید، خود را برای مواجهه با آن‌ها آماده کند؛ حتی وقتی که هم‌زمان در حال پردازش خاطرات گذشته است.

نقش خواب در حافظه و یادگیری، در کنار سایر عملکردها، ثابت ‌شده است، اما سازوکارهای دقیق این عملکردها همچنان به‌طور کامل مشخص نیستند. اصولا، خواب فرآیندی مبتنی بر رخدادهای پیشین دارد؛ ما چیزی را تجربه می‌کنیم، خاطره‌ی آن در طول خواب‌های شبانه‌ی پس از آن، پردازش و تثبیت می‌شود و در نهایت می‌توانیم آن را هر موقع خواستیم به یاد بیاوریم.

بااین‌حال، بر اساس مطالعه‌ای جدید، به نظر می‌رسد خواب نه‌تنها به پردازش خاطرات گذشته کمک می‌کند، بلکه در پردازش خاطرات آینده نیز نقش دارد. این تحقیق نشان می‌دهد که مغز ما، افزون بر تثبیت و نگهداری خاطرات حین خواب، به‌طور فعال برای ثبت رویدادهای پیش‌رو نیز آماده می‌شود.

تحقیقات پیشین به‌روشنی نشان داده‌اند که خواب برای عملکرد درست این فرآیند تثبیت حافظه بسیار حیاتی است، اما هنوز بسیاری از جزئیات فیزیولوژیکی آن به‌درستی شناخته نشده‌اند. مغز ما، علاوه بر ذخیره‌ی ساده‌ی خاطرات، توانایی‌های شگفت‌انگیزی در پردازش و سامان‌دهی اطلاعات دارد و بخش زیادی از این فعالیت‌ها در زمان‌هایی رخ می‌دهد که ذهن در حالت استراحت است.

در مطالعه‌ی جدید، محققان در ژاپن تلاش کردند نقش خواب را در پردازش حافظه بهتر درک کنند؛ از جمله اینکه خواب چگونه می‌تواند مغز را برای تجربه‌های به‌یادماندنی که هنوز رخ نداده‌اند آماده کند. آن‌ها از یک سامانه‌ی تصویربرداری ویژه برای بررسی موش‌هایی که آزادانه حرکت می‌کردند استفاده کردند. این سیستم می‌توانست سلول‌های رد عصبی و سلول‌های دیگر را در مراحل مختلف پردازش حافظه نشان دهد. محققان توانستند فعالیت نورون‌ها را پیش از رویداد، هنگام آن و پس از تجربه‌های مهم و به‌یادماندنی موش‌ها ثبت و پیگیری کنند.

تحقیق جدید، دید تازه‌ای درباره‌ی رفتار گروه‌های خاصی از نورون‌ها در شرایط مختلف ذهنی، از جمله در خوابِ قبل و بعد از تجربه‌ی یادگیری، را روشن کرد. نتایج تحقیق دو روند هم‌زمان را در خوابِ بعد از یادگیری نشان داد. اول، سلول‌های رد عصبی که در ابتدا یک خاطره را ثبت کرده بودند، الگوهای فعالی داشتند که به‌طور قابل پیش‌بینی دوباره فعال می‌شدند. این بخشی از فرآیند شناخته‌شده‌ی مغز برای تثبیت خاطرات در زمان خواب است.

همچنین، مطالعه نوع جالبی از نورون‌ها را شناسایی کرد که هنوز با خاطره‌ی خاصی در ارتباط نبودند. محققان آن‌ها را سلول‌های در آستانه‌ی رد عصبی‌شدن (engram-to-be) نامیدند. این نورون‌ها در طول خوابِ پس از یادگیری موش‌ها، هماهنگی بیشتری با هم پیدا کردند. بعدتر، همین گروه نورونی مسئول ثبت خاطرات تازه و متفاوتی شدند.

کاورو اینوکوچی، نویسنده‌ی همکار مطالعه و استاد بیوشیمی دانشگاه تویاما در ژاپن، می‌گوید: «سلول‌های در آستانه‌ی رد عصبی‌شدن، هنگام خواب، فعالیت هماهنگ بیشتری با سلول‌های رد عصبی قبلی نشان دادند؛ این موضوع نشان می‌دهد که این تعامل، به شکل‌گیری شبکه‌های جدید حافظه کمک می‌کند.»

محققان همچنین نوعی مدل شبکه‌ی عصبی طراحی کردند تا فعالیت‌های هیپوکامپ، بخشی از مغز با نقش کلیدی در حافظه را شبیه‌سازی کنند، با این امید که بتوانند سازوکارهای پنهان حافظه را بهتر روشن کنند. این مدل نشان داد که پدیده‌هایی مانند کاهش سیناپسی (synaptic depression) و مقیاس‌پذیری سیناپسی (scaling) که هر دو در هنگام خواب باعث تغییر در ارتباطات نورونی می‌شوند، احتمالاً نقش مهمی در سازمان‌دهی سلول‌های در آستانه‌ی رد عصبی‌شدن دارند. زمانی که این سازوکارها در مدل غیرفعال شدند، توانایی مغز برای سامان‌دهی این سلول‌ها به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافت.

مطالعه نشان داد که سلول‌های رد عصبی و سلول‌های در آستانه‌ی رد عصبی‌شدن در زمان خوابِ پس از یادگیری به‌طور جالب‌توجهی با هم فعال می‌شوند. این هم‌زمانی می‌تواند نشانه‌ای از نوعی هماهنگی یا حتی انتقال اطلاعات، میان شبکه‌های عصبی مرتبط با خاطرات گذشته و خاطرات آینده باشد.

اینوکوچی می‌گوید: «ما باور داریم که با دستکاری الگوهای خواب یا فعالیت مغز در هنگام خواب، با آزاد‌کردن ظرفیت پنهان مغز ممکن است بتوانیم راه‌هایی برای تقویت حافظه کشف کنیم.»

بااین‌حال، یافته‌های مطالعه مهم‌تر از همه شواهد بیشتری به حجم عظیم اطلاعات موجود اضافه می‌کنند که نشان می‌دهند باید خواب را جدی بگیریم. اینوکوچی می‌افزاید: «ما می‌خواهیم مردم بفهمند که خواب فقط برای استراحت نیست، بلکه نقشی اساسی در نحوه‌ی پردازش اطلاعات در مغز دارد. با درنظرگرفتن این موضوع، امیدواریم همه برای خواب ارزش بیشتری قائل شوند و از آن به عنوان راهی برای بهبود کیفیت کلی زندگی‌شان استفاده کنند.»

مطالعه در نشریه Nature Communications منتشر شده است.