פעילות מוחית של חולדות במהלך שינה עוזרת להן לחדד את המידע שלמדו במהלך היום, ואף מאפשרת לחזות את תוכניותיהן לעתיד
לישון, לזכור, לשכוח
יש לכם מבחן גדול מחר, השעות מתארכות ואתם יושבים ולומדים אל תוך הלילה... האם עדיף להמשיך ללמוד או ללכת לישון? איזה כיף היה לו יכולנו להקליט את כל החומר, להרכיב אוזניות ולישון, ולקום למחרת בבוקר רעננים, כשאת כל החומר למבחן למדנו תוך כדי שינה. הרעיון המפתה הזה זכה לשם "היפנופדיה" – למידה מתוך שינה. לצערנו, למידה כזאת אינה אפשרית. מחקרים הראו ששינה מסייעת ללמידה של גירויים פשוטים, למשל הימנעות מריח מסוים או למידת מילים בודדות, אך לא מידע מורכב, כמו למשל כל החומר לבגרות בהיסטוריה.
האם יעצו לכם פעם לישון היטב בלילה שלפני מבחן? אם כן, דעו שזו לא עוד קלישאה, אלא עצה טובה עם ביסוס מדעי. שנת לילה טובה חשובה לבריאותנו הפיזית והנפשית. בזמן שינה המוח מעבד חוויות והגוף מתפנה לתיקון נזקים ב-DNA. בנוסף, בזמן שינה המוח מריץ מחדש חוויות וגירויים שחווינו כשהיינו ערים, והפעולה הזאת מסייעת בייצוב זכרונות חדשים שנוצרו במהלך היום.
שינה נחוצה לא רק על מנת לזכור ולעבד חוויות שעברנו במהלך היום, אלא גם כדי שלא נשמור בזיכרון כל דבר שקרה לנו. בזמן השינה מפורקים קשרים בין תאי עצב, וזה עוזר לנו לשכוח דברים מסוימים ולזכור דברים אחרים.
האם יעצו לכם פעם לישון היטב בלילה שלפני מבחן? זו לא עוד קלישאה, אלא עצה טובה עם ביסוס מדעי. סטודנטית ישנה על ספרים | Shutterstock, Evgeny Atamanenko
ה-GPS של המוח
רוב המחקרים שהזכרנו בחנו את פעילות ההיפוקמפוס, אזור במוח שבו מיוצבים ומגובשים זכרונות ושאחראי על היכולת לזכור דברים לטווח ארוך. להיפוקמפוס יש תפקיד נוסף: יש בו מערכת של תאי עצב בשם תאי מיקום, תאים שפעילים רק במיקום מסוים. לדוגמה, תאים מסוימים יפעלו כשאנו נמצאים בחדר ליד החלון, ואחרים יפעלו כשאנו נמצאים באותו חדר – אבל ליד הדלת.
דפוסי הפעולה של התאים השונים מאפשרים למוח למפות את המרחב. סביב תאי המיקום מצויים תאי רשת (grid cells), שמגיבים למיקום שלנו ביחס למרחב שבו אנו נמצאים, כמו רשת קואורדינטות במפה. תאי הרשת מקיפים את תאי המיקום ושולחים אותות לתאי המיקום בהתאם לכיוון התנועה. למשל, אם אנו בפינת החדר ומתקדמים לעבר מרכז החדר, האותות שתאי הרשת ישלחו אל תאי המיקום ישתנו יחד עם שינוי מקומנו במרחב. כך ההיפוקמפוס מאפשר התמצאות בסביבה.
בעזרת תאי המיקום (כוכב צהוב בתמונה) ותאי הרשת (בכחול) שפועלים כמו רשת קוארדינטות, ההיפוקמפוס מאפשר התמצאות בסביבה. אילוסטרציה של המסלול של חולדה ופעולת תאי העצב בהיפוקמפוס שלה | ויקימדיה, Joanna Kośmider
במחקר חדש, חוקרים מאוניברסיטת אן ארבור במישיגן בחנו את דפוסי הפעילות של תאי ההיפוקמפוס של חולדות. הם הניחו את החולדות במבוך והקליטו את הפעילות החשמלית של תאים בודדים בהיפוקמפוס. כצפוי, החוקרים ראו שהתאים הפעילים וקצב פעילותם השתנו בהתאם למיקום החולדה במבוך. רישום הפעילות החשמלית של התאים הללו נראה כמו גלים חדים בתדירות נמוכה. אחרי שהחולדה עברה במבוך פעמים רבות ולמדה אותו, החוקרים השתמשו בכלים סטטיסטיים על מנת לנתח את דפוסי הפעילות של תאי ההיפוקמפוס שפועלים כשהחולדה נמצאת במיקומים מסוימים, ולהבין איזה דפוס פעילות מציין איזו נקודה במרחב. כך יכלו לקבוע כיצד פעילות תאי המיקום ותאי הרשת מייצגת מיקום מסוים של החולדה במבוך.
אחרי שהחולדות למדו את המבוך, החוקרים רשמו את הפעילות של תאי ההיפוקמפוס כשהחולדות ישנו. אותם דפוסי פעילות בצורת גלים חדים בתדירות נמוכה נראו גם בזמן השינה. סביר שהדפוסים האלה מעידים על עיבוד של חווית הניווט וההתמצאות במבוך שהחולדות עברו כשהיו ערות – תהליך הכרחי לייצוב הזכרונות על מנת שהחולדות יוכלו ללמוד להתמצא בסביבתן.
בראיון לדוברות אוניברסיטת רייס (Rice) סיפר ד"ר כיילב קמרה (Kemere) מצוות המחקר: "שיערנו שתאי עצב מסוימים משנים את הייצוגים [המרחביים] שלהם, דבר המשקף את החוויה המוכרת לכולנו של התעוררות עם הבנה חדשה של בעיה. עם זאת, כדי להראות את זה היינו צריכים לראות איך תאי עצב בודדים משיגים כיוונון מרחבי, כלומר לעקוב אחרי התהליך שבו המוח לומד לנווט בנתיב או בסביבה חדשים."
אחרי שהחולדות למדו את המבוך, החוקרים רשמו את הפעילות של תאי ההיפוקמפוס כשהחולדות ישנו. אחד החוקרים לצד גרפים המראים את פעילות התאים | Photo courtesy of Kamran Diba
החוקרים המשיכו לעקוב אחרי פעילות החולדות כשאלה התעוררו משנתן, וגילו דבר מעניין: דפוסי הפעילות של התאים בהיפוקמפוס שנרשמו בזמן השינה ניבאו את התנהגות החולדה אחרי שהתעוררה. כלומר, החולדות נטו לנווט למיקומים מסוימים במבוך לפי "מפת" דפוסי הפעילות שנצפו בזמן השינה. החוקרים הסיקו מכך שבזמן השינה מתרחשים בהיפוקמפוס תהליכי עיבוד שונים של כיוונון מפות של הסביבה המרחבית ודיוק שלהן. חלק מהתהליכים אכן מייצבים זיכרונות ומתייחסים לעבר, ואילו חלקם מכינים את הקרקע לפעילות עתידית.
ד"ר קמרה הוסיף: "מה שהכי אהבתי במחקר הזה, והסיבה שהתלהבתי ממנו כל כך, היא הגילוי שעבור תאי העצב האלה, במהלך השינה הפעילות לא בהכרח מסתכמת רק בייצוב זיכרון של חוויה. מתברר שחלק מתאי העצב עושים גם משהו אחר. אנחנו יכולים לראות את השינויים האחרים האלה מתרחשים במהלך השינה, וכשאנחנו מחזירים את החיות לסביבה, אנחנו יכולים לאשר שהשינויים האלה באמת משקפים משהו שנלמד בזמן שהחיות ישנו. כאילו החשיפה השנייה למרחב מתרחשת כשהחיה ישנה."
שינה היא תהליך חיוני ללמידה. בשינה אנו לא רק מעבדים את מה שקרה אתמול אלא גם "חולמים" את העתיד: אנו מתכוננים לקראתו בכך שאנו מחווטים את המוח לפי הניסיון של אתמול, וגם יוצרים תרחיש אפשרי של מחר, תרחיש שמבוסס על החוויות שצברנו אתמול. רישום פעילות מוחית על ידי אלקטרודות הוא תהליך פולשני, ולכן מחקר כזה, שבוצע על חולדות, קשה לבצע על בני אדם. אבל המערכות בהיפוקמפוס של האדם והחולדה דומות מאוד זו לזו, ולכן קרוב לוודאי שגם אצלנו, בני האדם, מתרחשים תהליכים דומים בזמן השינה והם משפיעים על התנהגותנו מחר. אז… קראתם מספיק. עכשיו לכו לישון!
