Tìm hiểu vai trò của hoạt động trung ương và tự chủ trong giấc ngủ trong việc cải thiện trí nhớ làm việc và trí nhớ phân đoạn Phần 1

Thập kỷ qua đã chứng kiến ​​sự tiến bộ đáng kể trong việc xác định các cơ chế giấc ngủ hỗ trợ nhận thức. Hầu hết các nghiên cứu này tập trung vào mối liên hệ giữa các sự kiện điện sinh lý của hệ thần kinh trung ương trong khi ngủ và sự cải thiện trong các lĩnh vực nhận thức khác nhau, trong khi những thay đổi năng động của hệ thần kinh tự trị trong suốt giấc ngủ phần lớn bị bỏ qua.

Giấc ngủ và trí nhớ có liên quan chặt chẽ với nhau. Trong khi chúng ta ngủ, bộ não của chúng ta xử lý và củng cố thông tin chúng ta học được trong ngày, giúp chúng ta ghi nhớ và học hỏi. Vì vậy, một cơ chế ngủ ngon là rất quan trọng để cải thiện trí nhớ của chúng ta.

Có hai giai đoạn chính của giấc ngủ: chuyển động mắt nhanh (REM) và chuyển động mắt không nhanh (NREM). Hai giai đoạn của giấc ngủ này đóng vai trò khác nhau trong các loại ký ức khác nhau. Trong giai đoạn giấc ngủ NREM, não sẽ tăng cường xử lý ký ức và đưa những thông tin quan trọng vào trí nhớ dài hạn để lưu giữ chúng tốt hơn. Trong giai đoạn giấc ngủ REM, não sẽ nâng cao khả năng sáng tạo và trí tưởng tượng của chúng ta bằng cách nhớ lại và sắp xếp lại thông tin, đồng thời trí nhớ cũng có thể bị mờ dần.

Để đảm bảo chất lượng giấc ngủ tốt, chúng ta nên chú ý phát triển thói quen ngủ tốt. Điều này bao gồm thời gian ngủ đều đặn, tránh sử dụng quá nhiều thiết bị điện tử trước khi đi ngủ và duy trì môi trường ngủ thoải mái. Ngoài ra, việc duy trì sức khỏe thể chất thông qua tập thể dục và kiểm soát chế độ ăn uống cũng là chìa khóa cho chất lượng giấc ngủ.

Tóm lại, cơ chế giấc ngủ và trí nhớ có liên quan mật thiết với nhau. Bằng cách duy trì thói quen và lối sống ngủ tốt, chúng ta có thể cải thiện chất lượng giấc ngủ, từ đó giúp chúng ta duy trì trí nhớ và khả năng học tập tốt hơn. Có thể thấy rằng chúng ta cần phải cải thiện trí nhớ của mình. Cistanche Deserticola có thể cải thiện đáng kể trí nhớ vì Cistanche Deserticola cũng có thể điều chỉnh sự cân bằng của các chất dẫn truyền thần kinh, chẳng hạn như tăng mức độ acetylcholine và các yếu tố tăng trưởng. Những chất này rất quan trọng cho trí nhớ và học tập. Ngoài ra, thịt còn có thể cải thiện lưu lượng máu và thúc đẩy quá trình cung cấp oxy, có thể đảm bảo não nhận đủ chất dinh dưỡng và năng lượng, từ đó cải thiện sức sống và sức bền của não.

Bấm vào biết thực phẩm bổ sung để tăng cường trí nhớ

Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây đã xác định được sự đóng góp đáng kể của các yếu tố đầu vào tự chủ trong khi ngủ đối với nhận thức. Tuy nhiên, vẫn còn những lỗ hổng đáng kể trong việc hiểu cách các hệ thống trung tâm và tự trị phối hợp với nhau trong khi ngủ để tạo điều kiện cải thiện nhận thức. Trong bài viết này, chúng tôi xem xét bằng chứng về vai trò độc lập và tương tác của các hoạt động trung tâm và tự trị trong khi ngủ và thức trong quá trình xử lý nhận thức. Chúng tôi đặc biệt tập trung vào các cấu trúc dưới vỏ não trước trán hỗ trợ trí nhớ làm việc và các cơ chế hình thành trí nhớ từng giai đoạn phụ thuộc vào vùng đồi thị.

Mô hình chuyển mạch dao động chậm của chúng tôi xác định các cơ chế cơ bản riêng biệt và cạnh tranh hỗ trợ hai miền bộ nhớ ở cấp độ khớp thần kinh, hệ thống và hành vi. Chúng tôi đề xuất rằng giấc ngủ là một đấu trường cạnh tranh trong đó cả hai miền bộ nhớ đều tranh giành nguồn lực hạn chế, được chứng minh bằng thực nghiệm khi việc thúc đẩy một hệ thống dẫn đến sự đánh đổi chức năng về kết quả điện sinh lý và hành vi.

Vì những phát hiện này chắc chắn sẽ dẫn đến những câu hỏi sâu hơn, chúng tôi đề xuất các lĩnh vực nghiên cứu trong tương lai để hiểu rõ hơn về cách não và cơ thể tương tác nhằm hỗ trợ nhiều lĩnh vực nhận thức trong một giai đoạn ngủ.

Hệ thống thần kinh tự trị (ANS) được chia thành hai nhánh, với nhánh giao cảm liên quan đến việc huy động năng lượng trong cái gọi là phản ứng chiến đấu-bỏ chạy-đóng băng (1, 2) và nhánh phó giao cảm liên quan đến chức năng thực vật và phục hồi trong cái gọi là phản ứng nghỉ ngơi-tiêu hóa (3). Các nhánh này “hoạt động đối kháng, hiệp lực và độc lập để thu thập thông tin từ các cơ quan cảm giác và phối hợp đáp ứng các nhu cầu bên trong và bên ngoài” (4).

Cả hệ thống thần kinh giao cảm và phó giao cảm đều giao tiếp với hệ thống thần kinh trung ương (CNS), tạo thành một hệ thống được đặt tên là mạng lưới tự trị trung ương. Mạng lưới thần kinh tự trị trung tâm là một tập hợp các cấu trúc CNS, bao gồm locus coeruleus (LC), vùng dưới đồi, amygdala, vỏ não trước trán, đồi thị và đồi thị, trực tiếp hoặc gián tiếp, nhận đầu vào từ và điều chỉnh đầu ra đến ANS.

Dây thần kinh phế vị (dây thần kinh sọ thứ 10) bao gồm khoảng 80% kết nối hướng tâm (5) truyền thông tin phó giao cảm/phế vị từ ngoại vi đến nhân của đường đơn độc trong thân não và các khu vực bậc cao trong mạng lưới tự trị trung ương ( 6, 7). Ngoài ra, các hình chiếu giảm dần từ mạng lưới tự trị trung tâm cho phép liên lạc hai chiều giữa não và các vùng ngoại vi (8, 9).

Ở người, một phương pháp không xâm lấn để phát hiện hoạt động ANS là sự thay đổi nhịp tim (HRV), phương pháp này kiểm tra sự thay đổi giữa các nhịp tim của từng cá nhân (khoảng R-R, phản ánh quá trình khử cực tâm thất) trong phức hợp QRS của điện tâm đồ (ECG) (10–12).

HRV có thể được tính toán trong miền thời gian và miền tần số. Các phép đo HRV trong miền thời gian bao gồm 1) SD của tất cả các khoảng R–R (SDNN), thước đo chung về sự biến thiên của nhịp tim và 2) bình phương trung bình gốc của các sai phân liên tiếp (RMSSD), thước đo biến động nhịp tim chủ yếu được điều hòa bởi dây thần kinh phế vị.

Các thước đo miền tần số của HRV bao gồm 1) sức mạnh của HRV tần số cao (HF-HRV: 0.15 đến 0.40 Hz), một dấu hiệu của rối loạn nhịp xoang hô hấp và hoạt động phế vị của phó giao cảm và 2) sức mạnh của HRV tần số thấp (LF-HRV: 0.04 đến 0,15 Hz), một tín hiệu hỗn hợp từ cả nguồn giao cảm và phó giao cảm. Do sự không chắc chắn về sự đóng góp của các tín hiệu bao gồm LF-HRV, liên quan đến nguồn gốc âm đạo đã biết của tín hiệu HF-HRV, nghiên cứu về hoạt động tự chủ có xu hướng tập trung vào HF-HRV.

Để xem tổng quan gần đây về các vùng não và hệ thống điều hòa thần kinh bao gồm các nhánh giao cảm và phó giao cảm, cũng như thông tin đầu vào của chúng đến các vùng não dành cho quá trình xử lý nhận thức, hãy xem Whitehurst et al. (4).

Đánh giá của chúng tôi tập trung cụ thể vào bằng chứng ủng hộ vai trò của ANS trong quá trình nhận thức khi thức và khi ngủ. Chúng tôi báo cáo về một loạt các phát hiện mạnh mẽ liên kết hoạt động phó giao cảm / phế vị khi thức và ngủ với mạng lưới dưới vỏ não trước trán điều chỉnh kiểm soát nhận thức, chức năng điều hành và trí nhớ làm việc (WM). Chúng tôi cũng xác định có rất ít bằng chứng cho thấy hoạt động tự chủ tạo điều kiện củng cố trí nhớ phụ thuộc vào giấc ngủ, một khoảng cách đáng chú ý trong bối cảnh có rất nhiều nghiên cứu liên hệ giấc ngủ với sự hình thành ký ức dài hạn. Tiếp theo, chúng tôi tóm tắt kiến ​​thức hiện tại về cơ chế hỗ trợ hình thành ký ức dài hạn trong khi ngủ.

Dựa trên nền tảng này, chúng tôi phát triển giả thuyết rằng mạng lưới não và hệ thống điều hòa thần kinh trong khi ngủ hỗ trợ tăng hiệu quả trong WM và củng cố các ký ức hồi hải mã, từng giai đoạn là các cơ chế riêng biệt và cạnh tranh. Chúng tôi giới thiệu Mô hình chuyển đổi dao động chậm, mô hình này đưa ra phác thảo về cách các cơ chế này tương tác trong khi ngủ, cùng với các giả thuyết có thể kiểm chứng mới nổi và các hướng nghiên cứu mới để nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực này.

Đầu vào tự động điều chỉnh nhận thức

Các quá trình nhận thức dựa vào sự kiểm soát ức chế từ trên xuống trong các mạng lưới dưới vỏ não trước trán, chẳng hạn như điều hòa cảm xúc, kiểm soát nhận thức hoặc chức năng điều hành, có liên quan đến hoạt động phó giao cảm/phế vị. Kiểm soát nhận thức hoặc chức năng điều hành, sự phối hợp của các quá trình và hành động tinh thần theo các mục tiêu và kế hoạch hiện tại là chức năng chính của vỏ não trước trán.

Sự phối hợp kiểm soát nhận thức được thực hiện bởi nhiều mạch chức năng gắn chặt với vỏ não trước trán, bao gồm vỏ não trước trán trong, vỏ não vành trước và một loạt các vùng dưới vỏ não (13). WM là một khía cạnh của chức năng điều hành hỗ trợ việc duy trì và thao tác một lượng nhỏ thông tin, thường kéo dài vài giây đến vài phút (14) và chia sẻ các cơ chế thần kinh tương tự với kiểm soát nhận thức (15). Phạm vi của bài viết này sẽ tập trung vào một khía cạnh của chức năng điều hành, đó là WM (để biết thêm thông tin về điều tiết cảm xúc, xem tài liệu tham khảo 16–19).

WM, không giống như bộ nhớ dài hạn (LTM), đòi hỏi sự chuyển đổi các biểu diễn hoặc dấu vết bộ nhớ và là một quá trình nhận thức trực tuyến, tổng hợp thông tin, theo truyền thống được coi là một đặc điểm không thể sửa đổi. Tuy nhiên, các nghiên cứu đào tạo WM đã chứng minh rằng chức năng điều hành nói chung và WM nói riêng có thể được cải thiện (20) và những cải tiến này được hỗ trợ bằng cách tăng hiệu quả và tính tự động của vùng trước trán của mạng lưới dưới vỏ não trước trán (21, 22).

Nghiên cứu về vai trò của ANS trong nhận thức đã chỉ ra rằng hoạt động phó giao cảm/âm đạo có thể là một chỉ báo về mức độ mà mạch dưới vỏ não trước trán điều chỉnh các hệ thống thành phần của nó để đáp ứng nhu cầu bên trong và bên ngoài. Cụ thể, hoạt động trong các mạch ức chế này có liên quan tích cực đến việc HF-HRV nghỉ ngơi (9, 23) và chức năng tối ưu của các mạch này được đưa ra giả thuyết để dự đoán các phản ứng linh hoạt và thích ứng với những thay đổi của môi trường (24). Một mô hình nổi bật nhằm giải thích cách giao tiếp hai chiều giữa CNS và ANS là một yếu tố dự báo quan trọng cho sự thành công về nhận thức thích ứng là Mô hình Tích hợp Thần kinh Nội tạng, do Thayer và các đồng nghiệp phát triển (9, 23) (SI Phụ lục, Hình S1).

Mô hình này đề xuất rằng HRV là một chỉ số về ảnh hưởng ức chế dưới vỏ não trước trán đối với nhiều vùng não hỗ trợ nhận thức, cảm xúc và phản ứng sinh lý, bao gồm chức năng điều hành, WM, kỳ vọng về kết quả trong tương lai, điều tiết cảm xúc, phản ứng cảm xúc với căng thẳng và chức năng ngoại vi (24).

Mô hình Tích hợp Thần kinh Nội tạng đã nhận được sự hỗ trợ thực nghiệm từ các nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa HRV trong lúc thức và chức năng điều hành. So với những người có HF-HRV khi nghỉ ngơi thấp (phản ánh trương lực phó giao cảm kém khi nghỉ ngơi), những người có HF-HRV cao cho thấy hiệu suất WM tốt hơn [nhiệm vụ nback (25); nhiệm vụ khoảng hoạt động (26)] và kiểm soát ức chế [tức là nhiệm vụ Stroop (27)].

Ngoài ra, những thay đổi do đào tạo gây ra trong kiểm soát nhận thức có liên quan đến sự cải thiện hoạt động phó giao cảm, và điều ngược lại cũng đúng là sự gia tăng hoạt động phó giao cảm do đào tạo cũng thúc đẩy tăng cường nhận thức. Ví dụ, đào tạo nhận thức (tốc độ xử lý dựa trên thị giác) đã được chứng minh là làm tăng HF-HRV và tăng cường kích hoạt trong mạng lưới vỏ não trước trán (22). Trong nghiên cứu này, những người lớn tuổi bị suy giảm nhận thức nhẹ do mất trí nhớ đã trải qua 6 tuần huấn luyện về nhận thức.

So với nhóm đối chứng, những người lớn tuổi trong nhóm huấn luyện tích cực cho thấy HF-HRV tăng lên và giảm khả năng kết nối giữa vùng trước trán và vùng thượng vị trong quá trình thực hiện nhiệm vụ, cho thấy một cơ chế điều hòa tự chủ vùng dưới vỏ não trước trán hiệu quả. Kết quả tương tự cũng được báo cáo ở những người tham gia khỏe mạnh (28). Hơn nữa, việc tăng HF-HRV khi nghỉ ngơi thông qua tập luyện aerobic đã được báo cáo là có những cải thiện song song về hiệu suất WM (27).

Trong nghiên cứu này, những người tham gia được phân ngẫu nhiên vào một nhóm tập aerobic và một nhóm tập luyện (giảm tình trạng tập luyện), với HF-HRV và WM lúc nghỉ được đo trước và sau khi can thiệp tập thể dục. Sau can thiệp, nhóm tập aerobic cho thấy hiệu suất HF-HRV và WM cao hơn so với nhóm kiểm soát luyện tập, cho thấy mối liên hệ giữa việc tăng cường chức năng phó giao cảm/âm đạo và mạng WM thông qua bài tập tim.

Một cơ chế tiềm năng về cách hoạt động của dây thần kinh phế vị/ phó giao cảm có thể mang lại lợi ích cho chức năng vùng trán và WM là thông qua việc điều chế norepinephrine (NE). Nghiên cứu 20 năm qua đã chứng minh rằng cùng với câu chuyện truyền thống rằng chất điều hòa thần kinh chính của hoạt động phế vị là acetylcholine (ACh), các chất hướng tâm phế vị cũng điều chỉnh mức NE trong não. Dây thần kinh phế vị đại diện cho thành phần chính của hệ thần kinh phó giao cảm và kích hoạt các sợi đi lên của dây thần kinh phế vị làm trung gian cho hoạt động của NE lên não (29, 30).

Đầu cuối của đường dẫn truyền phế vị hướng tâm nằm ngay trong nhân của bó đơn độc, truyền thông tin đến các cấu trúc điều chỉnh nhận thức bậc cao như hạch hạnh nhân, hồi hải mã và vỏ não trán thông qua con đường đa khớp thần kinh từ LC. Mặc dù ACh là chất dẫn truyền thần kinh chính trong các khớp thần kinh ngoại biên của dây thần kinh phế vị, một khi thông tin truyền đến LC, NE sẽ trở thành chất điều hòa thần kinh chính làm trung gian cho giao tiếp khớp thần kinh trong CNS.

LC có hai chế độ bắn, phasic và tonic, ảnh hưởng đến chức năng trán. Việc kích thích thuốc bổ có liên quan đến căng thẳng hoặc kích thích, trong khi việc kích thích theo từng giai đoạn có liên quan đến phản ứng với nhận thức mới và bậc cao hơn (31). Kích hoạt pha và thuốc bổ là độc lập, với hoạt động pha được tối ưu hóa ở mức độ hoạt động thuốc bổ vừa phải (32), trong khi việc phóng điện tăng cao có thể làm giảm khả năng phóng điện theo pha (33). Ở các loài linh trưởng, việc kích hoạt theo từng giai đoạn các tế bào thần kinh NE của LC theo thời gian với sự thay đổi nhận thức có thể kích thích hoặc tạo điều kiện cho việc tái tổ chức năng động của mạng lưới thần kinh mục tiêu, cho phép thích ứng hành vi nhanh chóng với các yêu cầu môi trường đang thay đổi (34).

Hơn nữa, gần đây người ta đã chứng minh rằng việc kích hoạt quang sinh theo giai đoạn của LC bảo vệ chống lại các hiệu ứng tau hình chữ nhật có hại ở người và suy giảm nhận thức trong khi việc kích hoạt thuốc bổ-LC gây căng thẳng làm xấu đi tác dụng của nó (35, 36). Cụ thể, trong nghiên cứu được thực hiện bởi Omoluabi et al. (36), chuột được tiêm tau rối, và tế bào thần kinh LC của chúng được kích hoạt theo kiểu pha hoặc kiểu tăng lực. Họ phát hiện ra rằng kích thích theo pha đã cứu chuột khỏi những thiếu sót về hành vi và LC, trong khi kích thích tăng lực dẫn đến các triệu chứng trở nên tồi tệ hơn.

Hơn nữa, các nghiên cứu trên loài gặm nhấm và khỉ đã chỉ ra rằng sự cân bằng ức chế-kích thích tối ưu của NE trước trán, được duy trì bởi các thụ thể adrenergic khác nhau, (ví dụ, 1 và trước và sau synap 2), có ảnh hưởng có lợi quan trọng đến hiệu suất WM (37, 38) . Thực nghiệm tăng nồng độ NE ở vỏ não trước trán giúp cải thiện hiệu suất ức chế phản ứng ở loài gặm nhấm và con người (39, 40).

Nhóm nghiên cứu này nhấn mạnh vai trò của việc tăng cường chức năng ức chế trong các tình trạng mất tập trung nhằm mang lại lợi ích cụ thể cho WM (41) trong khi không có lợi cho trí nhớ vùng đồi thị (42). Điều thú vị là, 2 thụ thể adrenergic ưu tiên tăng NE trước trán và duy trì sự cân bằng ức chế-kích thích tối ưu của nó, từ đó cải thiện chức năng trước trán (43–45), trong khi 1 thụ thể ghi đè hoạt động của 2 thụ thể và làm suy giảm chức năng WM (38).

Bức tranh mới nổi là các loại thụ thể adrenergic khác nhau có thể đóng vai trò tối ưu hóa sự cân bằng kích thích-ức chế tổng thể ở vỏ não trước trán. Cụ thể, NE điều phối các chức năng sinh lý giúp chuyển não và cơ thể từ trạng thái không căng thẳng, trong đó hoạt động LC phasic tham gia vào 2 thụ thể và tăng chức năng WM trước trán, sang trạng thái căng thẳng kích thích hoạt động của thuốc bổ và 1 thụ thể, làm suy yếu WM trong khi duy trì các chức năng khác , chẳng hạn như sự tỉnh táo và chú ý (46).

Ở người, mối liên hệ nhân quả giữa đầu vào âm đạo điều chỉnh hoạt động LC–NE và các miền nhận thức được hỗ trợ bởi vỏ não trước trán đã được thiết lập bằng các nghiên cứu tích cực điều khiển trương lực âm đạo bằng cách sử dụng kích thích dây thần kinh phế vị (VNS) hoặc kích thích dây thần kinh phế vị qua da không xâm lấn (tVNS). VNS kích hoạt các hoạt động bắn nơ-ron phasic trong LC và tăng mức NE trong mạng lưới dưới vỏ não trước trán, bao gồm tân vỏ não, hồi hải mã, hạch hạnh nhân và các bộ phận khác của não với các hình chiếu hướng tâm từ LC (33, 47–49).

Trong một nghiên cứu, những bệnh nhân được điều trị bằng VNS xâm lấn đã thực hiện các nhiệm vụ nhận thức khi bật hoặc tắt kích thích. Bệnh nhân đã chứng minh hiệu suất WM được cải thiện trong giai đoạn kích thích so với giai đoạn ngừng kích thích (50). Gần đây hơn, tVNS đã cho thấy tác dụng tương tự đối với việc kiểm soát nhận thức (51). Trong nghiên cứu này, những người tham gia khỏe mạnh đã thực hiện nhiệm vụ kiểm soát ức chế (Go/NoGo) bằng tVNS tích cực hoặc kích thích giả.

Trong điều kiện NoGo cần ức chế nhận thức, tVNS dẫn đến giảm đáng kể biên độ của các điện thế liên quan đến sự kiện N2 ở trán, một dấu ấn sinh học để yêu cầu kiểm soát nhận thức, cho thấy tVNS có thể dẫn đến xử lý thần kinh hiệu quả hơn với ít tài nguyên cần thiết hơn để kiểm soát ức chế trán thành công. Tác dụng tương tự của tVNS đã được chứng minh trong một nghiên cứu khác (52), trong đó tVNS làm tăng hoạt động theta ở đường giữa trán, được cho là phản ánh sự kích hoạt nhất thời của vỏ não trước trán trong các tình huống đòi hỏi phải tăng cường kiểm soát hành động.

Cho rằng kích thích dây thần kinh phế vị giúp tăng cường LC-NE phasic và hoạt động phó giao cảm tăng lên một cách tự nhiên trong giấc ngủ chuyển động mắt không nhanh (NREM), người ta dễ đưa ra giả thuyết rằng việc tăng hoạt động LC-NE phasic với sự gia tăng tự nhiên của hoạt động phó giao cảm dây thần kinh phế vị trong khi ngủ có thể là một cơ chế theo đó chức năng trước trán được điều chỉnh và nâng cao năng lực WM.

Kết hợp lại với nhau, LC–NE phasic trong khi ngủ có thể góp phần tăng công suất WM thông qua một số cơ chế có thể, bao gồm tổ chức lại các biểu hiện thần kinh, loại bỏ tau và/hoặc tăng hoạt động phasic của các thụ thể LC–NE 2 cùng với chức năng trước trán. Đồng thời, thuốc bổ LC–NE gây căng thẳng gây rối loạn giấc ngủ cũng như chức năng vùng trán. Phần tiếp theo sẽ xem xét những phát hiện về mối quan hệ giữa giấc ngủ và hoạt động ANS.

For more information:1950477648nn@gmail.com