Az alvás emlékezeti funkciója

Számos eredmény támasztja alá, hogy alvás alatt központi fontosságú emlékezeti folyamatok zajlanak, például ez a 2017-es publikáció is, mely szerint a különböző agyterületekről származó oszcillációk összerendeződése segíti az emlékek hosszú távú raktározását.

Az alvás funkciója jelenleg még nem tisztázott, viszont úgy tűnik, hogy például az emlékek hosszú távú raktározásához elengedhetetlen. Számos élettani változás kíséri, melyek közül a legmarkánsabbak az agyat érintők. Ezeket főleg elektroenkefalográfiával (EEG) vizsgálták. A hajas fejbőrre helyezett elektródák segítségével elektromos potenciálváltozásokat rögzítenek, amiket az idegsejtek működése által létrehozott ionáramok okoznak. Az EEG felvételek világítottak rá arra, hogy az alvás nem egységes, több fázisra osztható, az EEG regisztrátum jellegzetességei alapján. A gyors szemmozgásos (rapid eye movement; REM) fázisra az éber állapothoz hasonló, deszinkronizált agyi aktivitás, illetve csökkent izomtónus és a névadó gyors szemmozgások jellemzők. Más szakaszokban az agyi aktivitás szinkronizált, lassú ritmusok jellemzők, ezeket a szakaszokat kollektívan nem REM (non-REM; NREM) alvásnak nevezzük.

A NREM alvásra jellemző két fejbőrről regisztrálható hullámforma, a talamikus orsó és a lassú kérgi oszcilláció. A talamikus orsók a talamusz, pontosabban annak retikuláris (hálózatos) magja által keletkeznek, míg a lassú oszcillációk az agykéreg idegsejtjeinek szinkronizált működése révén jönnek létre. A hippokampusz elhelyezkedése miatt nem vizsgálható közvetlenül EEG-vel, azonban mikroelektródákkal ebből az agyterületből is regisztráltak a NREM alvásra jellemző oszcillációkat, amiket éleshullám-fodroknak nevezünk. Egy népszerű elmélet szerint a három hullám összerendeződése teszi lehetővé az emlékek hosszú távú megőrzését. A hippokampális fodrok a talamikus orsók völgyeibe illeszkednek, maguk az orsók pedig a kérgi lassú hullámok pozitív fázisába. Az elképzelés szerint ez az összerendeződés az agykéreg felé közvetíti az információt a hippokampuszból, ami szükséges a hosszú távú megőrzéshez (a hippokampusz ideiglenes tárhelyként szolgál, innen az agykéreg hálózataiba kell “másolni az adatokat”).

sleep_rhythms.png
A NREM alvást jellemző oszcillációk
(piros: lassú kérgi oszcilláció; kék: talamikus orsó; zöld: hippokampális fodrok;
Forrás: Rasch és Born, 2013)

Egy 2017 nyarán közölt kutatásban a talamusz hálózatos magjának stimulációjával kiváltott orsók emlékezeti hatását vizsgálták egerekben. Az emlékezet vizsgálata kontextuális félelmi kondícionálással történt. Az egereket több alkalommal egy olyan ketrecbe helyezték, amiben rendre áramütés érte őket. Mivel ezt nem tudja elkerülni az állat, mozdulatlanná dermed és ez a reakció néhány alkalom után már rögtön a ketrecbe helyezésnél megjelenik. A tanulás hatékonyságára a ketrecbe helyezés utáni megdermedés időtartamából következtetnek. A kutatók olyan transzgénikus egereket használtak, amelyek fényaktiválható ioncsatornákat fejeznek ki a hálózatos mag idegsejtjeiben. Így a megfelelő hullámhosszú fénnyel és a megfelelő ingerlési mintázattal orsókat válthattak ki az egerek talamuszából. A kísérlet során EEG-t is rögzítettek az egerek agyának felszínére helyezett elektródákkal, így tudták a talamikus stimulációt a kérgi lassú hullámokkal szinkronizálni. Azok az egerek, amelyeknél a lassú hullámok pozitív fázisában váltottak ki orsókat, hosszabb időt töltöttek megdermedve a kondícionáló ketrecben, mint azok, amelyeknél nem a pozitív fázisban váltottak ki orsókat vagy amelyeknél nem alkalmaztak stimulációt. Tehát a kérgi és talamikus oszcillációk szinkronizálása javította a félelmi emlék raktározását.

A kutatócsoport ezek után olyan egereket vizsgált, amik hálózatos magjában egy másik típusú fényaktivált ioncsatorna fejeződött ki. Ez az ioncsatorna megvilágítás hatására lecsökkenti a sejt pH szintjét és így gátolja a szinaptikus jelátvitelt, ez által a talamikus orsók kialakulását is. A szinkronizált orsók kialakulásának gátlása lecsökkentette a megdermedés idejét a kísérleti állatoknál. Az egerek hippokampuszába ültetett elektródával az éleshullám fodrokat is monitorozták és ezek fokozottan fordultak elő az orsók völgyeivel egy időben, ha az orsókat a kérgi lassú hullámok pozitív fázisában váltották ki. Ilyen esetekben a három rezgés szinkronizációjáról beszélhetünk. A megfelelően időzített stimuláció továbbá fokozta a természetesen megjelenő hármas szinkronizálódást is, tehát a stimuláció után spontán is gyakrabban történtek ilyen események. Ezek az eredmények támogatják az oszcillációk összerendeződésének tulajdonított emlékezeti hatás meglétét és felvetik a talamikus orsók központi szerepét a szinkronizációban.

Ez az írásom az Élet és Tudomány című lapban jelent meg, 2017 őszén.