Scientific study has already shown that memories are better remembered after sleep than wakefulness. Recently acquired information is thought to be ‘reactivated’ and strengthened in the sleeping brain.

The researchers, in collaboration with scientists at the University of Birmingham, have now demonstrated that there is a particular pattern of brain activity that supports this reactivation process.

Sleep spindles, the short bursts of activity in the brain during sleep, are enhanced when memories are reactivated. This new study has also shown that the content of reactivated memories can be decoded at the time that spindles occur.

Dr Scott Cairney, from the University of York’s Department of Psychology, said: «We are quite certain that memories are reactivated in the brain during sleep, but we don’t know the neural processes that underpin this phenomenon.

«Sleep spindles have been linked to the benefits of sleep for memory in previous research, so we wanted to investigate whether these brain waves mediate reactivation. If they support memory reactivation, we further reasoned that it could be possible to decipher memory signals at the time that these spindles took place.»

The research findings could be important for enhancing understanding of how the brain learns and retains information. Improving knowledge of the mechanisms that are active during sleep could also have implications for further study into memory conditions that arise as a result of these mechanisms failing.

Reactivating memories during sleep occurs spontaneously, but to understand the impacts of this mechanism, the researchers devised a simple test that would allow them to see the reactivation in a controlled manner.

Dr Cairney said: «We asked participants in our study to learn associations between words and pictures of objects or scenes before a nap. Half of the words were then replayed during the nap to trigger the reactivation of the newly learned picture memories

«When the participants woke after a good period of sleep, we presented them again with the words and asked them to recall the object and scene pictures. We found that their memory was better for the pictures that were connected to the words that were presented in sleep, compared to those words that weren’t.»

The team monitored brain activity during sleep using an electroencephalogram (EEG) machine and this showed them that sleep spindles occurred when memories were reactivated by the presentation of the associated words.

Dr Bernhard Staresina, of the University of Birmingham’s School of Psychology, said: «Direct induction of sleep spindles — for example, by stimulating the brain with electrodes — perhaps combined with targeted memory reactivation, may enable us to further improve memory performance while we sleep.

«Our data suggest that spindles facilitate processing of relevant memory features during sleep and that this process boosts memory consolidation.»

Importantly, the researchers were able to differentiate the brain signals associated with reactivated objects and scenes. This demonstrates that spindles produces a specific code for the content of reactivated memories; a process that may underpin our ability to remember more after sleep.

Dr Cairney said: «When you are awake you learn new things, but when you are asleep you refine them, making it easier to retrieve them and apply them correctly when you need them the most. This is important for how we learn but also for how we might help retain healthy brain functions.»

RU

Исследователи в сотрудничестве с учеными из Бирмингемского университета продемонстрировали, что существует определенная модель активности мозга, которая поддерживает этот процесс реактивации.

Спиновые шпиндели, короткие всплески активности в головном мозге во время сна, усиливаются при возобновлении воспоминаний. Это новое исследование также показало, что содержимое повторно активированных воспоминаний может быть декодировано в то время, когда происходят шпиндели.

Д-р Скотт Кейрни из факультета психологии Университета Йорка сказал: «Мы абсолютно уверены, что воспоминания возобновляются в мозге во время сна, но мы не знаем о нервных процессах, которые лежат в основе этого явления.

«Спиновые шпильки были связаны с преимуществами сна для памяти в предыдущих исследованиях, поэтому мы хотели исследовать, способствуют ли эти волны мозга реактивации. Если они поддерживают восстановление памяти, мы далее рассуждали о том, что в это время можно было бы расшифровать сигналы памяти что эти шпиндели имели место ».

Результаты исследований могут быть важны для улучшения понимания того, как мозг учится и сохраняет информацию. Улучшение знаний о механизмах, которые активны во время сна, также может иметь последствия для дальнейшего изучения состояний памяти, возникающих в результате отказа этих механизмов.

Реактивация воспоминаний во время сна происходит спонтанно, но для понимания последствий этого механизма исследователи разработали простой тест, который позволил бы им контролировать реактивацию контролируемым образом.

Д-р Кэрни сказал: «Мы попросили участников нашего исследования изучить связи между словами и изображениями предметов или сцен до сон. Половина слов затем воспроизведена во время сна, чтобы вызвать повторную активацию вновь образовавшихся изображений

«Когда участники проснулись после хорошего периода сна, мы снова представили их со словами и попросили их вспомнить фотографии объектов и сцен. Мы обнаружили, что их память была лучше для фотографий, которые были связаны со словами, которые были представлены в сон, по сравнению с теми словами, которых нет ».

Команда контролировала деятельность мозга во время сна с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ), и это показало им, что шпиндели сна произошли, когда воспоминания были активированы путем представления связанных слов.

Д-р Bernhard Staresina из Школы психологии Университета Бирмингема сказал: «Прямая индукция шпинделей сна — например, стимулируя мозг электродами — возможно, в сочетании с целенаправленной реанимацией памяти, может позволить нам еще больше улучшить производительность памяти во время сна ,

«Наши данные показывают, что шпиндели облегчают обработку соответствующих функций памяти во время сна и что этот процесс повышает консолидацию памяти».

Важно отметить, что исследователи смогли дифференцировать сигналы мозга, связанные с реактивированными объектами и сценами. Это демонстрирует, что шпиндели создают конкретный код для содержимого перезапущенных воспоминаний; процесс, который может подкреплять нашу способность запоминать больше после сна.

Д-р Кэрни сказал: «Когда вы бодрствуете, вы изучаете новые вещи, но когда вы спите, вы их усовершенствуете, облегчая их извлечение и применяя их правильно, когда они вам понадобятся больше всего. Это важно для того, как мы учимся, но также и для как мы могли бы помочь сохранить здоровые функции мозга ».

Источник статьи Current Biology .