Фаза сна, когда утрачиваются ночные картины
Результаты ученых показывают, что забвением во время сна могут управлять нейроны, найденные в глубине мозга, которые ранее были известны тем, что производили гормон, стимулирующий аппетит.
«Вы никогда не задумывались, почему мы забываем многие из наших снов?» сказал Томас Килдуфф, доктор философии, директор Центра нейробиологии в SRI International, Менло-Парк, Калифорния, и старший автор исследования. «Наши результаты показывают, что запуск определенной группы нейронов во время быстрого сна контролирует, запоминает ли мозг новую информацию после хорошего ночного сна».
REM — это одна из нескольких стадий сна, которые тело проходит каждую ночь. Сначала это происходит примерно через 90 минут после засыпания и характеризуется учащенным взором, учащенным сердцебиением, парализованными конечностями, пробужденными мозговыми волнами и сновидениями.
Уже более века ученые исследуют роль сна в хранении воспоминаний. В то время, как многие показали, что сон помогает мозгу сохранять новые воспоминания, другие, в том числе Фрэнсис Крик, соавтор двойной спирали ДНК, повысили вероятность того, что сон — в частности, быстрый сон — может быть временем, когда мозг активно устраняет или забывает лишнюю информацию. Более того, недавние исследования на мышах показали, что во время сна, в том числе быстрого сна, мозг избирательно обрезает синаптические связи между нейронами, участвующими в определенных типах обучения. Однако до этого исследования никто не показал, как это может произойти.
«Понимание роли сна в забвении может помочь исследователям лучше понять широкий спектр заболеваний, связанных с памятью, таких как посттравматическое стрессовое расстройство и болезнь Альцгеймера», — говорит Джанет Хе, доктор философии, программный директор NINDS. «Это исследование предоставляет самое прямое доказательство того, что быстрый сон может играть роль в том, как мозг решает, какие воспоминания хранить».
Лаборатория доктора Килдуфа и его сотрудника, доктора наук Акихиро Яманака, в университете Нагоя в Японии, потратили годы на изучение роли гормона гипокретина / орексина в контроле сна и нарколепсии. Нарколепсия — это расстройство, которое заставляет людей чувствовать себя чрезмерно сонными в течение дня и иногда испытывает изменения, напоминающие о быстром сне, такие как потеря мышечного тонуса в конечностях и галлюцинации. Их лаборатории и другие помогли показать, как нарколепсия может быть связана с потерей гипокретина / орексина -продуцирующих нейронов в гипоталамусе, области размером с арахис, найденной глубоко внутри мозга.
В этом исследовании доктор Килдуфф работал с лабораторией доктора Яманаки и лабораторией Акиры Терао (DVM, Ph.D.) в университете Хоккайдо, Саппоро, Япония, чтобы посмотреть на соседние клетки, которые продуцируют меланин-концентрирующий гормон (MCH), молекулу, известную быть вовлеченным в контроль и сна и аппетита. В соответствии с предыдущими исследованиями, исследователи обнаружили, что большинство (52,8%) клеток MCH гипоталамуса срабатывает, когда мыши подвергаются быстрому сну, тогда как около 35% действуют только тогда, когда мыши бодрствуют, и около 12% - оба.
Они также обнаружили подсказки, предполагающие, что эти клетки могут играть роль в обучении и памяти. Электрические записи и эксперименты по отслеживанию показали, что многие клетки MCH гипоталамуса через длинные цепные аксоны посылали запрещающие сообщения в гиппокамп, центр памяти мозга.
«Из предыдущих исследований, проведенных в других лабораториях, мы уже знали, что клетки MCH были активны во время быстрого сна. После открытия этого нового контура мы подумали, что эти клетки могут помочь мозгу хранить воспоминания», — сказал доктор Килдуфф.
Чтобы проверить эту идею, исследователи использовали различные генетические инструменты для включения и выключения нейронов MCH у мышей во время тестов памяти. В частности, они исследовали роль, которую клетки MCH играли в сохранении, период после изучения чего-то нового, но до того, как новые знания сохраняются или консолидируются в долговременной памяти. Ученые использовали несколько тестов памяти, в том числе один, который оценивал способность мышей различать новые и знакомые объекты.
К их удивлению, они обнаружили, что «включение» клеток MCH во время удержания ухудшает память, тогда как отключение клеток улучшает память. Например, активация ячеек сократила время, которое мыши проводили, обнюхивая новые объекты, по сравнению со знакомыми, но отключение ячеек имело противоположный эффект.
Дальнейшие эксперименты показали, что нейроны MCH играли исключительно эту роль во время быстрого сна. Мыши показали лучшие результаты в тестах памяти, когда нейроны MCH были выключены во время быстрого сна. Напротив, отключение нейронов, когда мыши не спали или находились в других состояниях сна, не влияло на память.
«Эти результаты свидетельствуют о том, что нейроны MCH помогают мозгу активно забывать новую, возможно, неважную информацию», — сказал доктор Килдуфф. «
«Вы никогда не задумывались, почему мы забываем многие наши мечты?» — сказал Томас Кильдуфф, кандидат исторических наук, директором Центра неврологии в Шри-Международный, Менло-Парк, Калифорния, и ведущий автор исследования. «Наши результаты предполагают, что действуют из определенной группы нейронов во время сна контролирует ли мозг запоминает новую информацию после хорошего ночного сна.»
Поскольку считается, что сновидения в основном возникают во время быстрого сна, на стадии сна, когда включаются клетки MCH, активация этих клеток может препятствовать сохранению содержимого сна в гиппокампе — следовательно, сон быстро забывается".
В будущем исследователи планируют выяснить, играет ли эта новая схема роль в нарушениях сна и памяти.
-
Известно, однако, что наряду с обучением чтению определенная часть мозга, называемая областью визуальной формы слова (VWFA), расположенная в левой височно-затылочной борозде, становится чувствительной к буквам и знакам.
Некоторые исследователи считают, что развитие этой области ухудшает способность обрабатывать другие культурные визуальные стимулы, например лица, дома или инструменты.
Однако ученые из института психолингвистики Макс Планк (Нидерланды) доказал, что все происходит совершенно иначе. Специализация мозга на распознавании букв и знаков, которая приводит к развитию VWFA, усиливает реакции на другие зрительные стимулы.
«Область визуальной формы слов не занимает места у соседей, а скорее строится на них, оставаясь чувствительной к другим визуальным категориям. Так что учиться читать это хорошо. Он обостряет реакцию зрительной коры за пределы навыков чтения и в целом положительно влияет на зрительную систему», — говорит Фальк Хеттиг, один из авторов исследования.
-
Герой этой истории, 30-летний Тибо, сказал, что, когда делал первые шаги в екзокостюме, чувствовал себя «первым человеком на Луне».
Его движения, особенно ходьба — далеки от совершенства, экзоскелет пока используется исключительно в помещении лаборатории. Но ученые считают, что эти технологии смогут по-настоящему улучшить качество жизни пациентов.
Тибо прошел через хирургическую операцию, целью которой было установление двух имплантов на поверхность мозга, а точнее — те его участки, которые контролируют двигательную активность.
64 электроды в каждом из имплантов считывают команды мозга и передают инструкции компьютеру. Программное обеспечение считывает мозговые волны и преобразует их в инструкции по управлению экзоскелетом.
На Тибо должен быть специальный экзоскелет. Когда он думает о том, чтобы сделать шаг, он тем самым приводит в действие всю систему экзоскелета, и тот начинает двигаться вместе с ногами Тибо. Пациент может контролировать обе руки, двигая ими в трехмерном пространстве.
Тибо, который пожелал не раскрывать свою фамилию, работал мастером-оптиком. Четыре года назад он упал с 15-метровой высоты в результате инцидента в ночном клубе. Травма спинного мозга привела к параличу, 2 года Тибо находился в больнице. Однако в 2017 году он принял участие в испытании экзоскелета вместе с биомедицинским исследовательским центром Clinatec и университетом Гренобля.
Сначала он учился использовать мозговые импланты для управления виртуальным персонажем в компьютерной игре и только потом перешел к непосредственному испытания экзоскелета. Чтобы начать двигать руками, понадобилось больше времени: «Это было очень непросто, потому что это сочетание работы нескольких мышц и нескольких движений. И это самая невероятная вещь, которую я делал с помощью экзоскелета».
65-килограммовая конструкция не полностью восстанавливает двигательные функции. Несмотря на это, его использование — это большой прогресс, он позволяет людям использовать свои конечности благодаря силе мысли.
Тибо также был закреплен к ремню на потолке — это минимизировало риск падения. Использование такого ремня означает, что устройство еще не готово к использованию за пределами лаборатории.
«Это далеко не самостоятельная ходьба», — сказал профессор Алым-Луи Бенабид, президент исполнительного совета Clinatec. «Экзоскелет не обеспечивает быстрых и точных движений, которые позволяли бы не падать», — добавляет он.
Когда Тибо приходилось выполнять задания с движений руками, ногами и запястьями, он успешно справился с ними на 71% .
Французские ученые утверждают, что им удастся усовершенствовать эту технологию. Сейчас их ограничивает объем информации, который они получают из мозга, отправляют для обработки в компьютер и передают в экзоскелет в режиме реального времени.
На то, чтобы осуществить переход от мозгового импульса к движению уходит 350 миллисекунд. В противном случае системой становится трудно управлять.
Это означает, что из 64 электродов каждого импланта ученые пока используют только 32.
Таким образом остается потенциальная возможность более детального изучения функций мозга с помощью более мощных компьютеров и технологий искусственного интеллекта.
Профессор Том Шекспир из лондонской Школы гигиены и тропической медицины говорит, что, хотя результаты исследования и были долгожданными, стоит понимать, что реализация проекта еще очень далека от практического применения. «Ограничение по стоимости означают, что такого рода высокотехнологичные варианты никогда не будут доступными для большинства людей с травмами спинного мозга», — говорит он.
По словам исследователя, сейчас только 15% людей с особыми потребностями имеют инвалидное кресло или другое вспомогательное средство для передвижения.
-
Испанские астрономы из обсерватории Калари-Альто внезапно обнаружили, что на расстоянии всего 31 светового года от Земли находится планета, которая размерами и структурой похожа на Юпитер — газовый гигант Солнечной системы. Руководитель группы астрономов из Института космических исследований Каталонии Хуан Карлос Моралес заявил, что планета «просто сформировалась» из огромных газовых масс настолько внезапно, что исследователи пропустили этот процесс.
По словам Моралеса, планета вращается вокруг небольшой звезды GJ 3512, масса которой составляет примерно 12% от массы Солнца — единственного светила для планет земной группы. Вместо 365 земных дней год на новой планете длится всего около 200. Астрофизики из Института астрономии Общества Макса Планка в Германии подтвердили факт обнаружения новой планеты и теперь утверждают, что все модели образования планет из-за внезапного рождения огромного газового гиганта придется пересматривать.
Масса новой планеты оказалась чудовищно велика — по приблизительным подсчетам, новый газовый гигант весит примерно столько же, сколько половина Юпитера. Теперь ученые будут проверять данные, полученные с телескопов, чтобы понять, есть ли жизнь на газовых гигантах и могут ли эти планеты быть пригодными для проживания таких живых существ, как человек.
-
Большинство кораблей сбрасывают тонны отходов прямо в воду. Часто огромное количество такого мусора оказывается на побережье, где его могут употреблять в пищу животные. Пластик может вызвать кишечную непроходимость, которая вскоре приводит к смерти.
Ранее предполагалось, что большие мусорные пятна, которые состоят преимущественно из пластика, — дело рук людей, которые сбрасывают отходы с суши в водоемы. Однако новое исследование показало, что большую часть загрязнений воды пластиком обеспечивают торговые судна. В частности, ученые из Университета Кейптауна, показали, что Южно-Тихоокеанское мусорное пятно образовалось в основном через деятельность торговых судов, которые сбрасывали тонны отходов прямо в воду, проходя по морскому пути.
Это ученые выяснили, исследовав Южно-Тихоокеанскую мусорное пятно в 2018 году. Авторы работы сравнили полученные во время экспедиции результаты с данными 2009 и 1984 годов и изучили динамику накопления мусора. Чтобы выяснить происхождение отходов, ученые тщательно исследовали этикетки и адреса производства продукции.
Исследование 1984 года показало, что большое количество отходов была изготовлена в Южной Америке, примерно в 3 тысячах километров от места скопления. Новая работа показала, что три четверти мусора пришли из Азии, а если конкретнее — из Китая. Во многих пластиковых бутылок были плотно закручены крышки, а сами они были раздавлены. Это обычно бывает на борту кораблей, чтобы сэкономить место.
Около 90% найденных бутылок были произведены в предыдущие 2 года, что исключает возможность их переноса океанскими течениями на огромное расстояние от Азии: обычно это занимает от 3 до 5 лет. Также ученые выяснили, что около половины исследованной ими пластикового пятна составляют рыболовные сети, отнесенные течением от места их установки.
-
Начиная с понедельника станет известно, кто будет лауреатом Нобелевской премии в области медицины, физики, химии. В четверг огласят имена двух нобелевских лауреатов в области литературы.
В этом году будут предоставлены две литературные премии, в связи со скандалом в 2018 году.
Шведская Академия была погружена в кризис, начиная с осени 2017 года, когда франко-шведский фотограф и режиссер Жан-Клод Арно, муж члена Академии Катарины Фростенсон, был обвинен в изнасилованиях и в том, что он был источником информации о лауреатах Нобелевской премии.
Сообщения о нарушениях вызвали массовые увольнения членов академии.
Позже последовало назначение новых членов, благодаря изменению устава этого учреждения, оформленного королем Швеции Карлом XVI Густавом.
Номинации Нобелевской премии, величина которых в каждой сфере-это 9 млн. крон (ок. 780 тысяч. евро), остается секретной в течение 50 лет. Церемония вручения премий происходит 10 декабря, в годовщину смерти Альфреда Нобеля.
-
Ученые сегодня продолжают находить свидетельства того, что ранее на Марсе вполне могла быть жизнь.
Астрономы воспользовались изотопами кислорода — ключевыми индикаторами в таких исследованиях, чтобы провести анализ, какая атмосфера могла быть у Марса в прошлом. Как утверждают исследователи американского аэрокосмического агентства NASA, прежние измерения заметно расходятся с новыми. Так, в современных наблюдениях было выявлено, что изотопы кислорода различаются в разное время суток, а также при различной температуре поверхности планеты.
Как считают в NASA, изотопы кислорода могут быть важным свидетельством наличии на планете атмосферы в прошлом, поскольку они обладают разным весом. Те, что легче, высвобождаются и уходят в космос значительно быстрее, другие — задерживаются в атмосфере дольше.
-
Синапсы — это места соприкосновения двух нервных клеток (или нервных клеток с исполнительными клетками), в которых происходит связь клеточной мембраны и передача сигнала. Ранее исследователи предполагали, что только здоровые клетки могут создавать такие связи и общаться между собой между собой.
Объединив неврологические знания и модели глиобластомы, исследователи теперь могут увидеть, как нейроны образуют синаптические связи с раковыми клетками и каков эффект. Оказалось, что через синапсы импульсы от здоровых нейронов передаются в клетки глиомы, где они превращаются в сигналы, стимулирующие рост опухоли.
«Эти новые знания неожиданно расширили наше понимание злокачественного рака мозга и того, как он поражает организм», — подчеркивает профессор Милетик. Его команда быстро начала интересоваться, какие терапевтические меры по борьбе с глиомой могут основываться на новой информации.
-
Ученые работают над квантовыми компьютерами десятилетиями.
Квантовый процессор устройства Sycamore смог выполнить специфическую задачу за 200 секунд. Это явление открывает возможности для одновременного выполнения нескольких вычислений. Но кубиты нужно синхронизировать, используя квантовый эффект, известный как запутанность.
Однако ученые пытаются создать рабочие устройства с достаточным количеством кубитов, чтобы сделать их конкурентными с обычными типами компьютеров.
Устройство Sycamore смог выполнить задание за три минуты и 20 секунд.