Η επαναλαμβανόμενη εξάσκηση βελτιώνει τη μνήμη εργασίας και αλλάζει τα μονοπάτια του εγκεφάλου

Μια νέα μελέτη από το UCLA Health διαπίστωσε ότι η επαναλαμβανόμενη εξάσκηση όχι μόνο βοηθά στη βελτίωση των δεξιοτήτων, αλλά οδηγεί και σε σημαντικές αλλαγές στις οδούς μνήμης του εγκεφάλου.

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature και διεξήχθη σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο Rockefeller, επιδίωξε να αποκαλύψει πώς η ικανότητα του εγκεφάλου να αποθηκεύει και να επεξεργάζεται πληροφορίες, γνωστή ως μνήμη εργασίας, βελτιώνεται μέσω της εκπαίδευσης.

Για να το δοκιμάσουν αυτό, οι ερευνητές ζήτησαν από ποντίκια να αναγνωρίσουν και να ανακαλέσουν μια ακολουθία οσμών κατά τη διάρκεια δύο εβδομάδων. Οι ερευνητές παρακολούθησαν τη νευρωνική δραστηριότητα των ζώων καθώς εκτελούσαν την εργασία, χρησιμοποιώντας ένα νέο, ειδικά κατασκευασμένο μικροσκόπιο για να απεικονίσουν την κυτταρική δραστηριότητα έως και 73.000 νευρώνων ταυτόχρονα σε ολόκληρο τον φλοιό.

Η μελέτη διαπίστωσε αλλαγές στα κυκλώματα μνήμης εργασίας που βρίσκονται στον δευτερογενή κινητικό φλοιό καθώς τα ποντίκια επαναλάμβαναν την εργασία με την πάροδο του χρόνου. Όταν τα ποντίκια άρχισαν να μαθαίνουν την εργασία, οι αναπαραστάσεις μνήμης ήταν ασταθείς. Αλλά μετά από επαναλαμβανόμενη εξάσκηση της εργασίας, τα μοτίβα μνήμης άρχισαν να σταθεροποιούνται ή να «κρυσταλλώνονται», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας και νευρολόγος του UCLA Health, Δρ. Peyman Golshani.

Επίδραση της οπτογενετικής αναστολής στην απόδοση της εργασίας μνήμης εργασίας (WM).
Α. Πειραματική διάταξη.
Β. Τύποι δοκιμής σε μια εργασία WM με καθυστέρηση. Τα γλείψιμα αξιολογήθηκαν κατά τη διάρκεια της περιόδου επιλογής 3 δευτερολέπτων, με σημειωμένες τις πρώιμες και όψιμες περιόδους καθυστέρησης.
Γ. Η μαθησιακή πρόοδος σε οκτώ συνεδρίες, μετρούμενη με το ποσοστό των σωστών απαντήσεων.
Δ. Παράδειγμα συνεδρίας εκπαίδευσης, με σημειωμένες τις γλείψιμα.
Ε. Επίδραση της φωτοαναστολής στην απόδοση της εργασίας σε όλες τις εποχές (τέταρτο δευτερόλεπτο της περιόδου καθυστέρησης, P = 0,009· πέμπτο δευτερόλεπτο της περιόδου καθυστέρησης, P = 0,005· δεύτερη οσμή, P = 0,0004· πρώτο δευτερόλεπτο της περιόδου επιλογής, P = 0,0001). Η στατιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας ζευγαρωμένα t-tests.
ΣΤ. Η φωτοαναστολή του M2 στα τελευταία 2 δευτερόλεπτα της περιόδου καθυστέρησης κατά τη διάρκεια των πρώτων 7 ημερών εκπαίδευσης επηρεάζει αρνητικά την απόδοση της εργασίας. n = 4 (ποντίκια που εκφράζουν stGtACR2) και n = 4 (ποντίκια που εκφράζουν mCherry). Οι τιμές P που προσδιορίστηκαν με t-test δύο δειγμάτων για τις συνεδρίες 1–10 ήταν οι εξής: P1 = 0,8425, P2 = 0,4610, P3 = 0,6904, P4 = 0,0724, P5 = 0,0463, P6 = 0,0146, P7 = 0,0161, P8 = 0,7065, P9 = 0,6530 και P10 = 0,7955. Για τα c, e και f, τα δεδομένα παρουσιάζονται ως μέσος όρος ± sem NS, μη σημαντικά· *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,01, ***P ≤ 0,001, ****P ≤ 0,0001.
Πηγή: Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07425-w

«Αν φανταστείτε ότι κάθε νευρώνας στον εγκέφαλο ακούγεται σαν μία μόνο νότα, η μελωδία που παρήγαγε ο εγκέφαλος κατά την εκτέλεση της εργασίας ποίκιλλε από μέρα σε μέρα, αλλά στη συνέχεια γινόταν όλο και πιο εκλεπτυσμένη και παρόμοια καθώς τα ζώα συνέχιζαν να εξασκούνται στην εργασία», είπε ο Γκολσάνι.

Αυτές οι αλλαγές παρέχουν μια εικόνα για το γιατί η απόδοση γίνεται πιο ακριβής και αυτόματη με την επαναλαμβανόμενη εξάσκηση.

«Αυτή η ανακάλυψη όχι μόνο προάγει την κατανόησή μας για τη μάθηση και τη μνήμη, αλλά έχει επίσης επιπτώσεις στην αντιμετώπιση προβλημάτων που σχετίζονται με την εξασθένηση της μνήμης», δήλωσε ο Golshani.

Η εργασία πραγματοποιήθηκε από τον Δρ. Arash Bellafard, επιστήμονα του έργου του UCLA, σε στενή συνεργασία με την ομάδα του Δρ. Alipasha Vaziri στο Πανεπιστήμιο Rockefeller.