Сон помогает мозгу сохранять новые навыки благодаря согласованной работе орбитофронтальной коры, таламуса и гиппокампа. Исследование с прямой регистрацией активности человеческого мозга показало, что нарушение этого взаимодействия эпилептическими разрядами связано с ухудшением памяти.
Работу провели специалисты Института Кеннеди Кригера (Kennedy Krieger Institute) и Медицины Джонса Хопкинса (Johns Hopkins Medicine). Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Как сон помогает сохранять воспоминания
После обучения новая информация не сразу становится устойчивым воспоминанием. Для этого необходима консолидация памяти — процесс закрепления и перестройки следов памяти, который особенно активно происходит во время сна.
Ученые давно связывают этот процесс с гиппокампом — областью мозга, участвующей в обучении и формировании воспоминаний. Однако новая работа показывает, что гиппокамп действует не изолированно. Для успешного закрепления двигательной памяти требуется последовательное и согласованное взаимодействие как минимум трех областей мозга.
Орбитофронтальная кора, расположенная в передней части мозга, участвует в принятии решений, оценке результатов и обучении. Таламус служит важным узлом передачи и согласования нервных сигналов. Гиппокамп помогает сохранять и упорядочивать полученный опыт.
Исследование провели у людей с эпилепсией
Авторы регистрировали электрическую активность мозга у пациентов с эпилепсией, которым по медицинским показаниям ранее установили внутричерепные электроды. Такие электроды позволяют непосредственно измерять сигналы из глубоких структур мозга с точностью, недоступной обычной электроэнцефалографии.
Электроэнцефалография — это метод регистрации электрической активности мозга с помощью электродов. При стандартном обследовании их размещают на поверхности головы, поэтому сигналы из глубоких областей видны менее отчетливо.
Исследователи наблюдали за работой орбитофронтальной коры, таламуса и гиппокампа во время сна. Затем они сопоставили зарегистрированные сигналы с тем, насколько хорошо участники сохраняли освоенный двигательный навык.
Три ритма образовали последовательную цепь
Особое внимание ученые уделяли нейронным колебаниям — повторяющимся изменениям электрической активности нервных клеток.
В анализ вошли медленные колебания коры, сонные веретена и гиппокампальные ряби. Сонные веретена представляют собой короткие всплески ритмической активности, которые возникают во время медленного сна. Гиппокампальные ряби — очень быстрые электрические колебания, связанные с повторным воспроизведением и закреплением недавно полученной информации.
Исследование показало, что эти ритмы образуют иерархическую последовательность. Активность орбитофронтальной коры согласовывалась с работой таламуса, после чего к процессу подключался гиппокамп.
Чем точнее по времени были согласованы сигналы трех областей, тем лучше участники сохраняли двигательный навык после сна.
Эпилептические разряды нарушали работу системы памяти
У пациентов с эпилепсией между приступами могут возникать кратковременные патологические электрические разряды. Их называют межприступными эпилептиформными разрядами, или эпилептическими спайками.
Человек обычно не замечает такие события, поскольку они не всегда вызывают видимый приступ. Тем не менее они способны временно нарушать нормальную передачу сигналов между нервными клетками.
Исследователи обнаружили, что эпилептические спайки вмешивались в естественную последовательность ритмов сна. Они нарушали согласование активности орбитофронтальной коры, таламуса и гиппокампа, а участники хуже справлялись с последующей проверкой памяти.
Таким образом, проблема может быть связана не только с повреждением отдельной области мозга, но и с нарушением точного обмена сигналами внутри целой нервной сети.
Почему при эпилепсии может ухудшаться память
Нарушения памяти нередко встречаются у людей с эпилепсией, но их причины могут различаться. На когнитивные способности способны влиять сами приступы, область их возникновения, противоэпилептические препараты, качество сна и сопутствующие заболевания.
Новая работа добавляет еще один возможный механизм: даже короткие патологические разряды во время сна могут нарушать процесс закрепления воспоминаний.
«Мы не понимали, почему у пациентов с эпилепсией возникают проблемы с памятью. Эта работа помогает восполнить пробел», — отметила соавтор исследования Кэтрин Чу (Catherine Chu), научный сотрудник и руководитель детской неврологии и детской эпилептологии.
Однако результаты не означают, что все нарушения памяти при эпилепсии вызваны именно ночными разрядами. Исследование показывает связь между электрической активностью мозга и результатами проверки памяти, но не охватывает все возможные причины когнитивных трудностей.
Математика помогла расшифровать сложные сигналы мозга
Каждая запись внутричерепной активности содержит огромное количество данных. Чтобы определить временные связи между отдельными ритмами, ученые использовали математические и статистические методы.
По словам соавтора работы Марка Крамера (Mark Kramer), научного сотрудника в области прикладной математики и статистики, такой анализ позволяет превращать сложные сигналы мозга в закономерности, имеющие клиническое значение.
Авторы подчеркивают, что исследование стало возможным благодаря совместной работе неврологов, специалистов по эпилепсии, нейрофизиологов, математиков и статистиков.
Возможное значение для лечения
В перспективе обнаруженную последовательность мозговых ритмов можно использовать как показатель того, насколько нормально во время сна работает система закрепления памяти.
Это может помочь разрабатывать способы выявления опасных эпилептических разрядов, оценивать их влияние на когнитивные способности и точнее выбирать время для лечебного воздействия. Теоретически будущие методы смогут не только подавлять приступы, но и защищать естественную работу мозговых сетей во время сна.
Пока такие подходы остаются предметом исследований. Авторы не проверяли новое лечение и не показали, что подавление отдельных ночных разрядов обязательно улучшит память.
Что важно учитывать пациентам
Результаты не означают, что человеку с эпилепсией следует самостоятельно менять время приема или дозу препаратов. Резкая отмена противоэпилептического лечения может привести к учащению приступов и другим тяжелым последствиям.
При заметном ухудшении памяти, повышенной дневной сонливости или нарушениях сна стоит обсудить симптомы с неврологом. Врач может оценить контроль приступов, возможное влияние лекарств и необходимость дополнительного обследования.
Связь сна, эпилепсии и когнитивного здоровья изучается и в других работах. Например, ранее сообщалось, что коррекция потери слуха может быть связана со снижением риска деменции у людей с эпилепсией.
Литература
Wodeyar A., Chinappen D., Kwon H., Shi W., Richardson R. M., Kramer M. A., Chu C. J. A hierarchical cascade of sleep rhythms supports motor memory and is hijacked by epileptic spikes in human epilepsy // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2026. Vol. 123, № 27. DOI: 10.1073/pnas.2517454123.