امواج آهسته مغز، کلید یک فرآیند مهم عصبی هستند
این یک واقعیت ثابت شده است که خواب کافی نقش مهمی در حفظ سلامت عمومی بدن انسان ایفا می‌کند. در واقع، داشتن خواب کافی سیستم ایمنی بدن ما را تقویت می‌کند و تقریباً از تمام سیستم‌های بدن پشتیبانی می‌کند. تحقیقات در دو دهه اخیر نشان داده‌اند امواج الکتریکی آهسته و هماهنگ در مغز طی خواب عمیق، به شکل قابل‌توجهی در فرآیند شکل‌گیری حافظه مؤثر هستند. با این حال، دقیقاً مشخص نیست که مغز چگونه این کار را انجام می‌دهد. در حقیقت، این امواج آهسته پذیرش اطلاعات در نئوکورتکس، محل ذخیره حافظه بلندمدت، را افزایش داده و دریافت داده‌های جدید را تسهیل می‌کنند. این مطالعه که در ژورنال Nature Communications در 12 دسامبر منتشر شد، تجزیه و تحلیل عمیقی از یافته‌ها را ارائه می‌دهد.
انجام چنین تحقیقاتی در حوزه‌های مختلف علمی، از جمله موضوعاتی هستند که همواره مورد توجه جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان قرار دارند و در مسیر حمایت از پژوهش‌های علمی بنیادین و کاربردی، اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کنند.
خاطرات ماندگار چگونه شکل می‌گیرند؟
محققان بر این عقیده هستند که مغز ما در طول خواب، فعالیت‌های روزانه را دوباره مرور و پردازش می‌کند. مغز اطلاعات را از هیپوکامپ، جایی که مسئول ذخیره‌سازی حافظه کوتاه مدت است، به نئوکورتکس منتقل می‌کند و در داخل قشر نئوکورتکس، این خاطرات به خاطرات بلند مدت تبدیل می‌شوند. امواج آهسته کلید این فرآیند هستند. این امواج نشان‌دهنده نوسانات مداوم و همزمان ولتاژ الکتریکی در قشر مغز است که در طول خواب عمیق رخ می‌دهد. امواج آهسته را می‌توان با استفاده از یک ابزار تشخیصی به نام الکتروانسفالوگرام (EEG) اندازه‌گیری کرد. این امواج زمانی شروع به شکل‌گیری می‌کنند که ولتاژ الکتریکی در بسیاری از نورون‌ها به طور همزمان یک بار در ثانیه افزایش و کاهش می‌یابد.
یورگ گایگر، یکی از نویسندگان این مطالعه و مدیر مؤسسه نوروفیزیولوژی در دانشگاه خیرین پزشکی برلین آلمان، بیان کرد: « مدت‌هاست که می‌دانیم این نوسانات ولتاژ در رشد حافظه نقش دارد.» گایگر همچنین افزود: « تحقیقات نشان می‌دهد که تقویت مصنوعی خواب موج آهسته می‌تواند منجر به بهبود حافظه شود. با این حال، فعالیت‌های خاصی که در طول این افزایش در مغز اتفاق می‌افتد، تاکنون نامشخص مانده است، زیرا مطالعه جریان اطلاعات در مغز انسان بسیار دشوار است.»
بررسی بافت سالم مغز
در تحقیق کنونی، این تیم از بافت سالم و بسیار نادر مغز انسان استفاده کردند. این تحقیق شامل بررسی نمونه‌های سالم بافت نئوکورتیکال از 45 بیمار بود که برای درمان تومورهای مغزی یا صرع در مرکز پزشکی دانشگاه هامبورگ-اپندورف در هامبورگ، آلمان، عمل جراحی داشتند. تیم تحقیقاتی، نوسانات ولتاژ را که نشان‌دهنده امواج آهسته مغز در طول خواب عمیق در بافت است، شبیه‌سازی کردند. پس از این، آنها واکنش‌های سلول‌های عصبی را از طریق استفاده از میکروپیپت‌های شیشه‌ای که با دقت نانومتری تنظیم شده بودند، ارزیابی کردند. این تیم، برای نظارت بر فعل و انفعالات بین سلول‌های عصبی مختلف که درون بافت به هم متصل هستند، از ده «پپت سنسور» به طور همزمان استفاده کردند که به این روش ارزیابی عصب «تکنیک چند پچ» گفته می‌شود.
شکل 2) ده پارامتر برای ارزیابی خواب عمیق: این میکروسکوپ قابل دسترسی نقش مهمی در آشکار کردن اثرات امواج آهسته که اغلب در طول خواب مشاهده می‌شوند، ایفا کرد. این دستگاه دارای ده پیپت شیشه‌ای است که می‌توان آنها را تا سطح نانومتر از طریق بازوهای رباتیک به طور دقیق کنترل کرد و امکان تحریک و اندازه‌گیری فعالیت الکتریکی همان تعداد سلول عصبی موجود در بافت متصل را فراهم می‌کند. منبع: دانشگاه خیرین پزشکی / فرانتس خاور میترمایر
سیناپس‌ها و لحظه طلایی حافظه
محققان دریافتند که اتصالات عصبی درون نئوکورتکس در یک لحظه خاص در طول نوسانات ولتاژ افزایش می‌یابد. به گفته فرانتس خاور میترمایر، نوروفیزیولوژیست و یکی از نویسندگان این مطالعه، «سیناپس‌ها درست پس از انتقال ولتاژ از سطح پایین به سطح بالا، به بهترین شکل فعالیت می‌کنند.» در طول آن بازه زمانی کوتاه، می‌توان تصور کرد که قشر مغز بالاترین سطح آمادگی را دارد. اگر مغز درست در این لحظه خاطره‌ای را به یاد بیاورد، با اثربخشی بالا به حافظه بلند مدت منتقل می‌شود. به نظر می‌رسد که خواب با موج آهسته به شکل‌گیری حافظه کمک می‌کند، زیرا توانایی نئوکورتکس را برای جذب اطلاعات در فواصل کوتاه زمانی افزایش می‌دهد که به فرآیند تثبیت خاطرات بلندمدت کمک می‌کند.
پیشرفتهای نوین در تقویت حافظه؛یافتن زمان‌بندی مناسب
به گفته تیم تحقیقاتی، این یافته‌ها پتانسیل ایجاد روش‌های درمانی پیشرفتهای را دارند که با هدف تقویت حافظه طراحی شده‌اند. در حال حاضر، چندین گروه پژوهشی در سراسر جهان در حال بررسی روش‌هایی برای استفاده از تکانه‌های الکتریکی خفیف – موسوم به تحریک الکتریکی فراجمجمه‌ای – یا سیگنال‌های صوتی به‌منظور تأثیرگذاری بر امواج آهسته مغز در طول خواب هستند.
گایگر اظهار داشت: «در حال حاضر، بهینه‌سازی این روش‌های تحریک عمدتاً از طریق آزمون و خطا انجام می‌شود که فرآیندی زمان‌بر و دشوار است. نتایج مطالعه ما در زمینه زمان‌بندی مؤثر تحریک، می‌تواند به این روند کمک کند. برای نخستین بار، این یافته‌ها امکان توسعه‌ی هدفمند تکنیک‌های تحریک را با هدف تقویت شکل‌گیری حافظه فراهم می‌کنند.»
چنین تحقیقاتی افق‌های تازه‌ای را در مرز دانش می‌گشاید؛ افق‌هایی که جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان نیز در پی شناسایی و حمایت از آن‌هاست—ایده‌هایی نو که می‌توانند به آینده‌ای روشن‌تر در علم و فناوری منتهی شوند.
منبع: Pop Science
