การนอนหลับหลังการเรียนรู้ช่วยเสริมสร้างการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์สมองและเพิ่มความจำ

การค้นพบในหนูเป็นหลักฐานทางกายภาพที่สำคัญในการสนับสนุนสมมติฐานที่ว่าการนอนหลับช่วยรวบรวมและเสริมสร้างความทรงจำใหม่ และแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าการเรียนรู้และการนอนหลับทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพในมอเตอร์คอร์เทกซ์ ซึ่งเป็นบริเวณสมองที่รับผิดชอบการเคลื่อนไหวโดยสมัครใจได้อย่างไร "เรารู้มานานแล้วว่าการนอนหลับมีบทบาทสำคัญในการเรียนรู้และความจำ หากคุณนอนหลับไม่สนิท คุณจะเรียนรู้ได้ไม่ดี" นักวิจัยอาวุโส Wen-Biao Gan, PhD, ศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาและสรีรวิทยากล่าว และเป็นสมาชิกของ Skirball Institute of Biomolecular Medicine ที่ NYU Langone Medical Center "แต่อะไรคือกลไกทางกายภาพที่อยู่เบื้องหลังปรากฏการณ์นี้ ในที่นี้เราได้แสดงให้เห็นว่าการนอนหลับช่วยให้เซลล์ประสาทสร้างการเชื่อมต่อที่เฉพาะเจาะจงมากบนกิ่งเดนไดรต์ที่อาจเอื้อต่อความจำระยะยาวได้อย่างไร นอกจากนี้ เรายังแสดงให้เห็นว่ารูปแบบการเรียนรู้ประเภทต่างๆ เซลล์ประสาทเดียวกัน ซึ่งบ่งชี้ว่าการเรียนรู้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เฉพาะเจาะจงมากในสมอง" ในระดับเซลล์ การนอนหลับเป็นอะไรก็ได้นอกจากการพักผ่อน: เซลล์สมองที่จุดประกายเมื่อเราย่อยข้อมูลใหม่ในช่วงเวลาตื่นนอนเล่นซ้ำระหว่างการนอนหลับลึก หรือที่เรียกว่าการนอนหลับแบบคลื่นช้า เมื่อคลื่นสมองช้าลงและการเคลื่อนไหวของดวงตาอย่างรวดเร็ว เช่นเดียวกับ หยุดฝัน นักวิทยาศาสตร์เชื่อกันมานานแล้วว่าการเล่นซ้ำในตอนกลางคืนนี้ช่วยให้เราสร้างและเรียกคืนความทรงจำใหม่ๆ ได้ แต่การเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างที่สนับสนุนกระบวนการนี้ยังคงเข้าใจได้ไม่ดีนัก เพื่อให้เข้าใจถึงกระบวนการนี้ ดร. แกนและเพื่อนร่วมงานใช้หนูที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อแสดงโปรตีนเรืองแสงในเซลล์ประสาท เมื่อใช้กล้องจุลทรรศน์สแกนด้วยเลเซอร์แบบพิเศษที่ฉายแสงโปรตีนเรืองแสงในคอร์เทกซ์มอเตอร์ นักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามและถ่ายภาพการเจริญเติบโตของกระดูกสันหลังเดนไดรต์ตามกิ่งก้านของเดนไดรต์ก่อนและหลังหนูเรียนรู้ที่จะทรงตัวบนแกนหมุน เมื่อเวลาผ่านไป หนูเรียนรู้วิธีทรงตัวบนไม้ค้ำ ขณะที่มันค่อยๆ หมุนเร็วขึ้น "มันเหมือนกับการเรียนรู้ที่จะขี่จักรยาน" ดร. แกนกล่าว "เมื่อคุณเรียนรู้ คุณจะไม่มีวันลืม" หลังจากบันทึกว่าหนูจริง ๆ แล้วงอกหนามใหม่ตามกิ่งเดนไดรต์ภายในหกชั่วโมงหลังจากการฝึกบนแกนหมุน นักวิจัยได้เริ่มทำความเข้าใจว่า การนอนหลับ จะส่งผลต่อการเติบโตทางกายภาพนี้อย่างไร พวกเขาฝึกหนูสองชุด ชุดหนึ่งฝึกบนแกนหมุนเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงแล้วนอนเป็นเวลา 7 ชั่วโมง; คนที่สองฝึกบนไม้เรียวในช่วงเวลาเดียวกัน แต่ตื่นอยู่ 7 ชั่วโมง นักวิทยาศาสตร์พบว่าหนูที่อดนอนมีการเจริญเติบโตของกระดูกสันหลังส่วนเดนไดรต์น้อยกว่าหนูที่พักผ่อนเพียงพออย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ พวกเขายังพบว่าประเภทของงานที่เรียนรู้นั้นเป็นตัวกำหนดว่ากิ่งก้านของเดนไดรติกจะงอกขึ้นที่ใด ตัวอย่างเช่น การวิ่งไปข้างหน้าบนไม้ค้ำยัน ทำให้เกิดการเจริญเติบโตของกระดูกสันหลังบนกิ่งเดนไดรต์ที่แตกต่างกันมากกว่าการวิ่งถอยหลังบนไม้ค้ำ แสดงว่าการเรียนรู้งานเฉพาะอย่างทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเฉพาะในสมอง "ตอนนี้เรารู้แล้วว่าเมื่อเราเรียนรู้สิ่งใหม่ๆ เซลล์ประสาทจะสร้างการเชื่อมต่อใหม่ในสาขาเฉพาะ" ดร. แกนกล่าว "ลองนึกภาพต้นไม้ที่ผลิใบ (หนาม) บนกิ่งหนึ่ง แต่ไม่ออกอีกกิ่งหนึ่ง เมื่อเราเรียนรู้สิ่งใหม่ๆ มันก็เหมือนกับว่าเรากำลังผลิใบบนกิ่งหนึ่งๆ" สุดท้ายนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่าเซลล์สมองในคอร์เท็กซ์สั่งการที่กระตุ้นการทำงานเมื่อหนูเรียนรู้งานจะกระตุ้นการทำงานอีกครั้งในช่วงหลับลึกที่มีคลื่นช้าๆ พวกเขาพบว่าการขัดขวางกระบวนการนี้ช่วยป้องกันการเจริญเติบโตของกระดูกสันหลังส่วนเดนไดรต์ การค้นพบของพวกเขานำเสนอข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับบทบาทหน้าที่ของการเล่นซ้ำของเส้นประสาท ซึ่งเป็นกระบวนการที่สมองที่กำลังนอนหลับซ้อมงานที่ได้เรียนรู้ในระหว่างวัน ซึ่งสังเกตได้จากส่วนนอกของมอเตอร์ "ข้อมูลของเราชี้ให้เห็นว่าการเปิดใช้งานเซลล์ประสาทใหม่ระหว่างการนอนหลับนั้นค่อนข้างสำคัญสำหรับการเจริญเติบโตของการเชื่อมต่อเฉพาะภายในมอเตอร์คอร์เท็กซ์" ดร. แกนกล่าวเสริม