Разумевање улога централне и аутономне активности током спавања у побољшању радне меморије и епизодне меморије, 1. део

У последњој деценији забележен је значајан напредак у идентификацији механизама спавања који подржавају когницију. Већина ових студија се фокусира на везу између електрофизиолошких догађаја централног нервног система током спавања и побољшања у различитим когнитивним доменима, док су динамичке промене аутономног нервног система током спавања углавном занемарене.

Спавање и памћење су уско повезани. Док спавамо, наш мозак обрађује и консолидује информације које смо научили током дана, помажући нам да памтимо и учимо. Због тога је добар механизам за спавање веома важан за побољшање нашег памћења.

Постоје две главне фазе сна: брзо кретање очију (РЕМ) и небрзо кретање очију (НРЕМ). Ове две фазе сна играју различите улоге у различитим врстама сећања. Током фазе НРЕМ спавања, мозак ће ојачати обраду сећања и убризгати важне информације у дугорочну меморију како би их боље сачувао. У фази РЕМ спавања, мозак ће побољшати нашу креативност и машту призивањем и реорганизацијом информација, а може доћи и до избледења памћења.

Да бисмо обезбедили добар квалитет сна, треба да обратимо пажњу на развијање добрих навика спавања. Ово укључује редовно време спавања, избегавање прекомерне употребе електронских уређаја пре спавања и одржавање удобног окружења за спавање. Поред тога, одржавање физичког здравља кроз вежбање и контролу исхране такође је кључно за квалитет сна.

Укратко, механизам спавања и памћење су уско повезани. Одржавајући добре навике спавања и начин живота, можемо побољшати квалитет нашег сна, помажући нам на тај начин да боље одржимо своје памћење и способности учења. Види се да треба побољшати своје памћење. Цистанцхе десертицола може значајно побољшати памћење, јер Цистанцхе десертицола такође може да регулише равнотежу неуротрансмитера, као што је повећање нивоа ацетилхолина и фактора раста. Ове супстанце су веома важне за памћење и учење. Поред тога, месо такође може побољшати проток крви и подстаћи испоруку кисеоника, што може осигурати да мозак добије довољно хранљивих материја и енергије, чиме се побољшава виталност и издржљивост мозга.

Кликните на суплементе да бисте побољшали памћење

Међутим, недавне студије су идентификовале значајан допринос когниције аутономних инпута током спавања. Ипак, остају значајне празнине у разумевању како централни и аутономни системи раде заједно током спавања како би се олакшало когнитивно побољшање. У овом чланку испитујемо доказе о независним и интерактивним улогама централних и аутономних активности током спавања и буђења у когнитивној обради. Посебно се фокусирамо на префронтално-субкортикалне структуре које подржавају радну меморију и механизме који су у основи формирања епизодне меморије зависне од хипокампуса.

Наш модел Слов Осциллатион Свитцх Модел идентификује одвојене и конкурентне основне механизме који подржавају два меморијска домена на синаптичком, системском и бихевиоралном нивоу. Предлажемо да је спавање конкурентска арена у којој се оба меморијска домена боре за ограничене ресурсе, експериментално показано када појачавање једног система доводи до функционалног компромиса у електрофизиолошким и бихевиоралним исходима.

Пошто ови налази неизбежно доводе до даљих питања, предлажемо области будућих истраживања како бисмо боље разумели како мозак и тело интерагују како би подржали широк спектар когнитивних домена током једне епизоде ​​спавања.

Аутономни нервни систем (АНС) је подељен на две гране, при чему је симпатичка грана повезана са мобилизацијом енергије током такозваних одговора борба-бег-замрзни (1, 2) и парасимпатичка грана повезана са вегетативним и ресторативним функцијама током тзв. одговори одмор-свари (3). Ове гране „раде антагонистички, синергистички и независно да би прикупиле информације од чулних органа и координирале одговоре на унутрашње и спољашње захтеве“ (4).

И симпатички и парасимпатички нервни систем комуницирају са централним нервним системом (ЦНС), формирајући систем назван централна аутономна мрежа. Централна аутономна мрежа је скуп структура ЦНС-а, укључујући лоцус цоерулеус (ЛЦ), хипоталамус, амигдалу, вентромедијални префронтални кортекс, хипокампус и таламус, који, директно или индиректно, примају улазе из АНС-а и модулирају излаз у њега.

Вагусни нерв (10. кранијални нерв) се састоји од ∼80% аферентних веза (5) које саопштавају парасимпатичке/вагалне информације од периферије до језгра солитарног тракта у можданом стаблу и областима вишег реда у централној аутономној мрежи ( 6, 7). Поред тога, силазне пројекције из централне аутономне мреже омогућавају двосмерну комуникацију између мозга и периферних региона (8, 9).

Код људи, неинвазивна метода за откривање активности АНС-а је варијабилност срчане фреквенције (ХРВ), која испитује варијабилност између појединачних откуцаја срца (Р–Р интервали, који одражавају вентрикуларну деполаризацију) у КРС комплексу електрокардиограма (ЕКГ) (10–12).

ХРВ се може израчунати у временском и фреквенцијском домену. Мере ХРВ у временском домену укључују 1) СД свих Р-Р интервала (СДНН), општу меру варијабилности срчаног ритма, и 2) средњи квадрат узастопних разлика (РМССД), меру флуктуација срчане фреквенције посредован првенствено вагусним нервом.

Мере ХРВ у фреквенцијском домену укључују 1) снагу ХРВ високе фреквенције (ХФ-ХРВ: 0.15 до 0.40 Хз), индикатор респираторне синусне аритмије и парасимпатичка вагална активност, и 2) моћ ХРВ ниске фреквенције (ЛФ-ХРВ: 0.04 до 0,15 Хз), мешовити сигнал и из симпатичких и парасимпатичких извора. Имајући у виду несигурност у доприносу сигнала који садрже ЛФ-ХРВ, у односу на познато вагално порекло ХФ-ХРВ сигнала, истраживање аутономне активности тежи да се фокусира на ХФ-ХРВ.

За недавни преглед подручја мозга и неуромодулаторних система који се састоје од парасимпатичких и симпатичких грана, као и њихових инпута у области мозга посвећене когнитивној обради, видети Вхитехурст ет ал. (4).

Наш преглед се посебно фокусира на доказе који подржавају улогу АНС-а у когнитивним процесима током будног стања и сна. Извјештавамо о снажном скупу налаза који повезују парасимпатичку/вагалну активност током буђења и сна са префронтално-субкортикалном мрежом која регулише когнитивну контролу, извршну функцију и радну меморију (ВМ). Такође идентификујемо значајан недостатак доказа за аутономну активност која олакшава консолидацију меморије зависну од сна, што је приметан јаз с обзиром на велики број истраживања која повезују сан са формирањем дугорочних сећања. Затим сумирамо тренутно знање о механизмима који подржавају формирање дугорочних сећања током спавања.

На основу ове позадине, развијамо хипотезу да су мождане мреже и неуромодулаторни системи током сна који подржавају повећану ефикасност у ВМ и консолидацију хипокампалних епизодних сећања одвојени и конкурентни механизми. Представљамо модел Слов Осциллатион Свитцх Модел, који даје преглед начина на који ови механизми интерагују током спавања, заједно са хипотезама које се могу тестирати и новим линијама истраживања за даља истраживања у овој области.

Аутономни улази модулирају когницију

Когнитивни процеси који се ослањају на инхибициону контролу одозго надоле у ​​префронтално-субкортикалним мрежама, као што су емоционална регулација, когнитивна контрола или извршна функција, повезани су са парасимпатичком/вагалном активношћу. Когнитивна контрола или извршна функција, координација менталних процеса и акција према тренутним циљевима и плановима је примарна функција префронталног кортекса.

Координацију когнитивне контроле спроводи више функционалних кола усидрених у префронталном кортексу, укључујући вентромедијални префронтални кортекс, предњи цингуларни кортекс и широк спектар субкортикалних региона (13). ВМ је аспект извршне функције који подржава одржавање и манипулацију малом количином информација, обично траје од неколико секунди до минута (14) и дели сличне неуронске механизме са когнитивном контролом (15). Обим овог рада ће се фокусирати на један аспект извршне функције, наиме ВМ (за више информација о емоционалној регулацији, видети референце 16–19).

ВМ, за разлику од дуготрајне меморије (ЛТМ), подразумева трансформацију меморијских репрезентација или трагова и представља општи, онлајн когнитивни процес, који се традиционално сматра непроменљивом особином. Ипак, студије обуке о ВМ-у показале су да се извршна функција генерално и посебно ВМ могу побољшати (20) и да су ова побољшања подржана повећаном префронталном ефикасношћу и аутоматизмом префронтално-субкортикалних мрежа (21, 22).

Истраживање улоге АНС-а у когницији показало је да парасимпатичка/вагална активност може бити показатељ степена до којег префронтално-субкортикални круг регулише своје саставне системе као одговор на унутрашње и спољашње захтеве. Конкретно, активност у овим инхибиторним круговима је позитивно повезана са ХФ-ХРВ у мировању (9, 23), а претпоставља се да оптимално функционисање ових кола предвиђа флексибилне и прилагодљиве одговоре на промене животне средине (24). Један истакнути модел који има за циљ да објасни како је двосмерна комуникација између ЦНС-а и АНС-а критични предиктор адаптивног когнитивног успеха је модел неуровисцералне интеграције, који су развили Тхаиер и његове колеге (9, 23) (СИ Додатак, слика С1).

Овај модел предлаже да је ХРВ индекс префронтално-субкортикалног инхибиторног утицаја на широк спектар можданих подручја која подржавају спознају, емоције и физиолошку реактивност, укључујући извршну функцију, ВМ, очекивање будућих исхода, емоционалну регулацију, емоционални одговор на стрес и периферно функционисање (24).

Модел неуровисцералне интеграције добио је емпиријску подршку студија које показују однос између ХРВ-а током будног стања и извршне функције. У поређењу са особама са ниским ХФ-ХРВ у мировању (што одражава лош парасимпатички вагални тонус током будног одмора), особе са високим ХФ-ХРВ показују боље перформансе ВМ [нбацк задатак (25); задатак оперативног распона (26)] и инхибиторну контролу [тј. Струпов задатак (27)].

Поред тога, промене у когнитивној контроли изазване тренингом повезане су са побољшањима парасимпатичке активности, а преокрет је такође истинит да повећање парасимпатичке активности изазвано тренингом такође промовише когнитивно побољшање. На пример, показало се да когнитивни тренинг (брзина обраде на основу вида) повећава ХФ-ХРВ и појачава активацију у префронтално-субкортикалној мрежи (22). У овој студији, старије особе са амнестичним благим когнитивним оштећењем су прошле 6 недеља когнитивног тренинга.

У поређењу са контролама, старије одрасле особе у групи за активни тренинг су показале повећану ХФ-ХРВ и смањену префронтално-стриатну повезаност током задатка, што сугерише ефикасну префронтално-субкортикалну аутономну регулацију. Слични резултати су пријављени и код здравих учесника (28). Штавише, забележено је да повећање ХФ-ХРВ у мировању путем аеробног тренинга паралелно побољшава перформансе ВМ (27).

У овој студији, учесници су насумично распоређени у групу за аеробни тренинг и групу за детренинг (смањено стање вежбања), са ХФ-ХРВ и ВМ у мировању мереним пре и после интервенције вежбања. Након интервенције, група за аеробни тренинг је показала веће перформансе ХФ-ХРВ и ВМ у поређењу са контролном групом за детренинг, што сугерише везу између јачања парасимпатичког/вагалног функционисања и ВМ мреже путем кардијалних вежби.

Један потенцијални механизам за то како вагална/парасимпатичка активност може имати користи од префронталне функције и ВМ је преко модулације норепинефрина (НЕ). Последњих 20 година истраживања су показала да поред традиционалне приче да је примарни неуромодулатор вагалне активности ацетилхолин (АЦх), вагални аференти такође модулирају нивое НЕ у мозгу. Вагусни нерв представља главну компоненту парасимпатичког нервног система, а активација узлазних влакана вагусног нерва посредују у деловању НЕ на мозак (29, 30).

Терминали аферентних вагалних трансмисија су директно унутар језгра солитарног тракта, који преносе информације структурама које регулишу спознају вишег реда као што су амигдала, хипокампус и фронтални кортекс преко полисинаптичког пута из ЛЦ. Иако је АЦх примарни неуротрансмитер у периферним синапсама вагусног нерва, када се информација пропагира до ЛЦ, НЕ постаје примарни неуромодулатор који посредује синаптичку комуникацију у ЦНС-у.

ЛЦ има два начина паљења, фазни и тонички, који утичу на префронталну функцију. Тоничко паљење је повезано са стресом или узбуђењем, док је фазно паљење повезано са одговорима на новост и спознају вишег реда (31). Фазичке и тоничке активације су независне, са фазном активношћу оптимизованом при умереном нивоу тоничне активности (32), док повишени тонички пражњење може да умањи фазни пражњење (33). Код примата, фазна активација НЕ неурона ЛЦ-а у времену са когнитивним помацима може изазвати или олакшати динамичку реорганизацију циљних неуронских мрежа, омогућавајући брзу адаптацију понашања на променљиве императиве животне средине (34).

Штавише, недавно је показано да фазна оптогенетска активација ЛЦ штити од штетних тау ефеката људског правоугаоника и когнитивног пада, док активација тоника-ЛЦ која изазива стрес погоршава његове ефекте (35, 36). Конкретно, у студији коју су спровели Омолуаби ет ал. (36), мишевима је убризган замршени тау, а њихови ЛЦ неурони су активирани било у фазним или тоничким обрасцима. Открили су да је фазна стимулација спасила мишеве од дефицита у понашању и ЛЦ, док је тонична стимулација довела до погоршања симптома.

Штавише, студије на глодарима и мајмунима су показале да оптимални ексцитаторно-инхибиторни баланс префронталног НЕ, који одржавају различити адренергички рецептори, (нпр. 1 и пре- и постсинаптички 2), има важан повољан утицај на перформансе ВМ (37, 38) . Експериментално повећање концентрације НЕ у префронталном кортексу побољшава перформансе инхибиције одговора код глодара и људи (39, 40).

Ово истраживање наглашава улогу повећане инхибиторне функције током ометајућих стања која служе посебно за ВМ (41) док немају користи за памћење хипокампуса (42). Занимљиво је да 2 адренергичка рецептора првенствено повећавају префронтални НЕ и одржавају његову оптималну ексцитаторно-инхибиторну равнотежу, што заузврат побољшава префронталну функцију (43–45), док 1 рецептори надјачавају активност 2 рецептора и нарушавају функцију ВМ (38).

Слика која се појављује је да различити типови адренергичких рецептора могу играти улогу у оптимизацији укупне ексцитаторно-инхибиторне равнотеже у префронталном кортексу. Конкретно, НЕ оркестрира физиолошке функције које пребацују мозак и тело из стања без стреса, у којем фазна ЛЦ активност ангажује 2 рецептора и повећава префронталну ВМ функцију, у стресно стање које стимулише активирање тоника и активност 1 рецептора, нарушавајући ВМ док одржава друге функције. , као што су будност и пажња (46).

Код људи, узрочна веза између вагалних улаза који модулирају активност ЛЦ–НЕ и когнитивних домена које подржава префронтални кортекс установљена је студијама које су активно манипулисале тонусом вагуса користећи стимулацију вагалног нерва (ВНС) или неинвазивну транскутану стимулацију вагусног нерва (тВНС). ВНС активира фазно активирање неурона у ЛЦ и повећава нивое НЕ у префронтално-субкортикалним мрежама, укључујући неокортекс, хипокампус, амигдалу и друге делове мозга са аферентним пројекцијама из ЛЦ (33, 47–49).

У једној студији, пацијенти лечени инвазивним ВНС-ом су обављали когнитивне задатке са укљученом или искљученом стимулацијом. Пацијенти су показали побољшане перформансе ВМ током периода стимулације у поређењу са периодима стимулације без (50). У скорије време, тВНС је показао сличне ефекте као и когнитивна контрола (51). У овој студији, здрави учесници су извршили задатак инхибиторне контроле (Го/НоГо) са активном тВНС или лажном стимулацијом.

У стању НоГо које је захтевало когнитивну инхибицију, тВНС је довео до значајно смањене амплитуде фронталних потенцијала везаних за Н2 догађаје, биомаркера за захтевну когнитивну контролу, што сугерише да тВНС може довести до ефикасније неуронске обраде са мање ресурса потребних за успешну фронталну инхибиторну контролу. Слични ефекти тВНС-а су демонстрирани у другој студији (52) у којој је тВНС повећао фронталну тета активност средње линије, за коју се сматра да одражава пролазну активацију префронталног кортекса у ситуацијама које захтевају повећану извршну контролу акција.

С обзиром на то да вагална стимулација појачава фазни ЛЦ–НЕ и да је парасимпатичка активност природно повећана током спавања без брзих покрета очију (НРЕМ), примамљиво је претпоставити да повећање фазне ЛЦ–НЕ активности са природним повећањем вагалне парасимпатичке активности током спавања може бити један механизам којим се регулише префронтална функција и повећава капацитет ВМ.

Узето заједно, фазни ЛЦ–НЕ током спавања може допринети повећању ВМ капацитета кроз неколико могућих механизама, укључујући реорганизацију неуронских репрезентација, елиминацију тау и/или повећање фазне активности ЛЦ–НЕ 2 рецептора заједно са префронталном функцијом. У исто време, тоник ЛЦ–НЕ изазван стресом омета сан као и префронталну функцију. Следећи одељак ће прегледати налазе о односу између сна и активности АНС-а.

For more information:1950477648nn@gmail.com