Ритм дыхания ассоциирован с консолидацией памяти во сне

Когда мы спим, воспоминания, полученные за день, закрепляются в памяти, переходя из гиппокампа в кору больших полушарий. Считается, что этому способствует одновременное возникновение определенных колебаний в головном мозге: корковых медленных колебаний (1 Гц), таламических веретен сна (12–16 Гц) и пульсирующих волн в гиппокампе (80–120 Гц). До сих пор не ясно, что именно координирует эти колебания. В Nature Communications опубликовано исследование взаимосвязи дыхания и колебаний активности мозга во время сна. Авторы работы показали, что дыхание регулирует корковые медленные колебания и веретена сна, которые отвечают за консолидацию памяти.

Использованный в данном исследовании метод электроэнцефалографии (ЭЭГ) позволяет регистрировать электрическую активность головного мозга. Колебания определенной частоты создают характерную кривую электроэнцефалограммы. Например, сонные веретена — это веретенообразные паттерны, появляющиеся во время медленного сна. В эту же фазу регистрируются медленные колебания, которые вместе с веретенами образуют повторяющиеся комплексы.

Ученые проанализировали данные ЭЭГ и записи дыхания 20 человек, полученные в двух экспериментальных сеансах. На каждом сеансе участники исследования выполняли задание на эпизодическую память, сопоставляя слова с изображениями, после чего им предлагалось поспать (средняя продолжительность сна составила 101,63 ± 2,3 мин), а во время сна велась запись ЭЭГ и дыхания.

Чтобы установить связь дыхательных сигналов с ЭЭГ, авторы в первую очередь нашли пики вдоха на записях дыхания. Сопоставив их с ЭЭГ, ученые обнаружили взаимосвязь пика вдоха с комплексами «медленные колебания—веретено» на ЭЭГ. Также они показали, что эти колебания, связанные с дыханием, возникают в лобно-теменных областях и правой медиальной височной доле.

Затем ученые выявили связь дыхательного цикла с медленными колебаниями и веретенами по отдельности. Они выяснили, что медленные колебания образуются на более ранних фазах дыхания, а веретена — на более поздних.

Ранее на этом же наборе данных исследователи показали, что комплексы «медленные колебания—веретено» координируют реактивацию памяти. Поэтому они задались вопросом, существует ли функциональная связь между координацией дыхания и колебаний активности мозга во сне с переработкой воспоминаний. Оказалось, что между регуляцией комплекса «медленные колебания—веретено» фазами дыхательного цикла и консолидацией памяти есть значимая положительная ассоциация. Она наблюдалась в лобной доле. При этом ученые не обнаружили взаимосвязи между обработкой воспоминаний и координацией дыханием медленных колебаний или сонных веретен по отдельности.

В совокупности полученные данные демонстрируют, что фазы дыхательного цикла во время сна согласуются с колебаниями электрической активности головного мозга. Причем координированные с помощью дыхания комплексы «медленные колебания—веретено» отвечают за консолидацию воспоминаний во время сна, в то время как отдельные фрагменты медленных колебаний и веретен сна хоть и координируются фазами дыхания, но не играют роли в консолидации памяти.

Паттерны мозговой активности во сне определяют уровень глюкозы в крови