Screenshot YouTube
Een baanbrekende studie toonde voor het eerst aan dat langdurige herinneringen in het menselijk brein worden geconsolideerd door communicatie tussen de hippocampus en de hersenschors tijdens de slaap.
Bovendien ontdekten de onderzoekers dat door tijdens de slaap diepe hersenstimulatie te induceren, ze de geheugenconsolidatie kunnen verbeteren. De unieke studie, vandaag gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift Nature Neuroscience, omvatte een internationale samenwerking onder leiding van Dr. Maya Geva-Sagiv (vandaag bij UC Davis).
De studie was een samenwerking tussen de laboratoria van prof. Yuval Nir van de Sackler Faculteit Geneeskunde, Afdeling Biomedische Technologie, en Sagol School of Neuroscience aan de Universiteit van Tel Aviv, en prof. Itzhak Fried van de afdeling Neurochirurgie aan de UCLA en de Sackler Faculteit der Geneeskunde aan de Universiteit van Tel Aviv.
"Deze studie werd mogelijk gemaakt door een zeldzame groep van 18 patiënten met epilepsie in het UCLA Medical Center", zegt prof. Nir. "Prof. Fried geïmplanteerde elektroden in de hersenen van deze patiënten om te proberen de gebieden te lokaliseren die hun epileptische aanvallen veroorzaken, en ze boden vrijwillig aan om deel te nemen aan een onderzoek naar de effecten van diepe hersenstimulatie tijdens de slaap.
Nauwe samenwerking met deskundige neurologen onder leiding van Prof. Dawn Eliashiv van de UCLA stelde ons team in staat om geavanceerde hersenstimulatie in het onderzoek te integreren. Zo konden we voor het eerst bij mensen de lang gekoesterde hypothese testen - dat gecoördineerde activiteit van de hippocampus en de hersenschors tijdens de slaap is een cruciaal mechanisme bij het consolideren van herinneringen.
Bovendien hebben we de geheugenconsolidatie verbeterd door middel van een speciaal stimulatieprotocol dat de synchronisatie tussen deze twee gebieden in de hersenen verbeterde. Interventie tijdens de slaap vertegenwoordigt een unieke aanpak die in de toekomst verder kan worden ontwikkeld om mensen hoop te bieden met geheugenstoornissen zoals dementie."
"We weten dat een goede nachtrust cruciaal is voor het consolideren van langdurige herinneringen, maar tot nu toe hadden we weinig bewijs met betrekking tot de precieze processen die aan het werk zijn tijdens de slaap van de mens", legt dr. Maya Geva-Sagiv uit. "In deze studie hebben we direct de rol van neurale activiteit en elektrische hersengolven tijdens de slaap onderzocht. Ons doel was om de natuurlijke mechanismen die een rol spelen te verbeteren, om precies te ontdekken hoe slaap helpt bij het stabiliseren van herinneringen."
De onderzoekers ontwikkelden een systeem voor diepe hersenstimulatie dat de elektrische communicatie verbetert tussen de hippocampus - een diep hersengebied dat betrokken is bij het verwerven van nieuwe herinneringen - en de frontale cortex - waar herinneringen voor de lange termijn worden opgeslagen. Door de activiteit in de hippocampus tijdens de slaap te monitoren, maakt het systeem een nauwkeurig getimede levering van elektrische stimulatie aan de frontale cortex mogelijk.
De deelnemers aan het onderzoek voerden twee geheugentests uit, waarbij ze hun prestaties na twee verschillende nachten vergeleken: een ongestoorde en een met diepe hersenstimulatie. Bij beide gelegenheden werd hen 's ochtends gevraagd om beroemde personen te herkennen van wie ze de vorige avond foto's hadden gezien. Uit de studie bleek dat diepe hersenstimulatie de nauwkeurigheid van hun geheugen aanzienlijk verbeterde."
"We ontdekten dat onze methode een gunstig effect had op zowel de hersenactiviteit tijdens de slaap als de geheugenprestaties", zegt prof. Fried. "Alle patiënten die gesynchroniseerde prikkels naar de frontale cortex hadden ontvangen, vertoonden betere geheugenprestaties in vergelijking met nachten van ongestoorde slaap. De controlegroep, die vergelijkbare maar niet-gesynchroniseerde prikkels ontving, vertoonde geen geheugenverbetering. Onze methode voor diepe hersenstimulatie is uniek omdat het heeft een gesloten lus - stimuli worden nauwkeurig gesynchroniseerd met activiteit in de hippocampus. Bovendien hebben we de impact van de stimuli op de hersenactiviteit gevolgd bij een resolutie van individuele neuronen. "
"Onze bevindingen ondersteunen de hypothese dat nauwkeurige coördinatie tussen slaapgolven de communicatie bevordert tussen de hippocampus die nieuwe herinneringen opslaat, en de frontale cortex die ze voor de lange termijn opslaat", voegt prof. Nir eraan toe.
"Tot onze verbazing ontdekten we ook dat de interventie het aantal juiste antwoorden van deelnemers niet significant verhoogde, maar eerder het aantal foute antwoorden verminderde. Dit suggereert dat slaap de nauwkeurigheid van ons geheugen aanscherpt, of met andere woorden, het verwijdert verschillende afleidingen van het relevante geheugenspoor."
De studie werd ondersteund door subsidies van de Amerikaanse National Institutes of Health (NIH), de European Research Council (ERC), de Amerikaanse National Science Foundation (NSF), de US-Israel Bilateral Science Foundation (BSF) en de Human Frontier Science Programma (HFSP). De andere co-auteurs van het artikel zijn: prof. Dawn Eliashiv, dr. Emily Mankin, Natalie Cherry, Guldamla Kalender en dr. Natalia Tchemondanov van UCLA, en dr. Shdema Epstein van de Universiteit van Tel Aviv.
