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 2

Giấc ngủ điều chỉnh hoạt động ANS

Quá trình chuyển từ thức sang ngủ tạo ra sự thay đổi lớn nhất trong hoạt động tự trị mà chúng ta trải qua hàng ngày. Giấc ngủ không phải là một sự kiện thống nhất và việc phân loại nó thành các giai đoạn có tổ chức cho thấy các đặc điểm cụ thể trong hoạt động trung tâm và tự chủ trong mỗi giai đoạn. Trong một đêm ngủ, não người trải qua hai giai đoạn chính: giấc ngủ NREM và giấc ngủ chuyển động mắt nhanh (REM).

Trong những năm gần đây, mối liên hệ giữa giấc ngủ và trí nhớ đã thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Nghiên cứu cho thấy giấc ngủ đóng vai trò quan trọng đối với chức năng trí nhớ của con người.

Giấc ngủ của con người được chia thành hai trạng thái: REM (ngủ chuyển động mắt nhanh) và NREM (ngủ không chuyển động mắt nhanh). Trong số đó, giấc ngủ NREM là giai đoạn rất quan trọng, bao gồm 4 giai đoạn: một, hai và ba.

Trong giấc ngủ NREM, não người tăng cường trí nhớ thông qua việc kích thích lặp đi lặp lại và chuyển thông tin sang trí nhớ dài hạn. Vì vậy, điều rất quan trọng đối với những người muốn cải thiện trí nhớ là ngủ đủ giấc NREM.

Đồng thời, giấc ngủ NREM còn có thể thúc đẩy quá trình trao đổi chất của cơ thể, giúp phục hồi các chức năng của cơ thể và tăng cường khả năng miễn dịch của cơ thể. Vì vậy, đảm bảo giấc ngủ NREM đầy đủ không chỉ có lợi cho việc cải thiện trí nhớ mà còn là điều kiện cần thiết để duy trì sức khỏe tốt.

Để đảm bảo giấc ngủ NREM đầy đủ, chúng ta nên phát triển thói quen ngủ tốt, chẳng hạn như kiểm soát thời gian ăn tối và giảm tập thể dục vất vả cũng như các hoạt động vất vả vào buổi tối. Ngoài ra, thư giãn trước khi chìm vào giấc ngủ có thể giúp chúng ta bước vào giấc ngủ NREM nhanh hơn.

Nhìn chung, giấc ngủ NREM đóng vai trò không thể thiếu và quan trọng đối với trí nhớ và sức khỏe thể chất của con người. Cải thiện chất lượng giấc ngủ và đảm bảo đủ giấc ngủ NREM sẽ có tác động tích cực đến cuộc sống và công việc của chúng ta. Chúng ta hãy bắt đầu ngay bây giờ để phát triển thói quen ngủ lành mạnh và chào đón một ngày mai tốt đẹp hơn! Có thể thấy rằng chúng ta cần phải cải thiện trí nhớ của mình. Cistanche Deserticola có thể cải thiện trí nhớ đáng kể vì Cistanche Deserticola là một dược liệu cổ truyền của Trung Quốc với nhiều tác dụng độc đáo, một trong số đó là cải thiện trí nhớ. Hiệu quả của thịt băm đến từ các hoạt chất khác nhau có trong nó, bao gồm axit, polysacarit, flavonoid, v.v. Những thành phần này có thể tăng cường sức khỏe não bộ theo nhiều cách khác nhau.

Bấm biết 10 cách cải thiện trí nhớ

Giấc ngủ NREM được chia thành các giai đoạn 1, 2 và 3 (hoặc giấc ngủ sóng chậm) (53). Giấc ngủ giai đoạn 1 là trạng thái chuyển tiếp từ thức sang ngủ, chiếm 3% giấc ngủ về đêm của người lớn. Khoảng 60% giấc ngủ của người trưởng thành là giấc ngủ giai đoạn 2, được đánh dấu bằng các sự kiện điện sinh lý riêng biệt được gọi là trục giấc ngủ và phức hợp K. Giai đoạn 3, hay giấc ngủ sóng chậm (SWS), chiếm khoảng 20% ​​thời gian ngủ và được đánh dấu bằng các dao động chậm, biên độ cao được gọi là dao động chậm (SO,<1 Hz) and slow-wave activity (SWA, 0.5 to 2 Hz). In NREM sleep, cholinergic systems in the brainstem and forebrain become markedly less active; firing rates of LC–NE and serotonergic Raphe neurons are also reduced, compared to waking levels
(54). 

Tuy nhiên, giáo điều thông thường về trạng thái tĩnh lặng tương đối của các tế bào thần kinh LC–NE trong giấc ngủ NREM đã bị thách thức bởi bằng chứng về sự gia tăng thoáng qua hoạt động LC–NE trong giấc ngủ NREM (55). Một nghiên cứu đồng thời về điện não đồ (EEG)-chức năng MRI (fMRI) ở người cho thấy thêm rằng hoạt động pha tăng lên của nhân LC có liên quan theo thời gian với các chuyển đổi từ xuống lên trên SO2 (55, 56), cho thấy một động lực điều biến thần kinh phức tạp hơn trong quá trình Giấc ngủ NREM. Hoạt động của các tế bào thần kinh LC–NE trong giấc ngủ NREM có khả năng liên quan đến việc hiểu hoạt động tự chủ trong giai đoạn ngủ này có thể góp phần nâng cao nhận thức như thế nào.

Sau một cơn SWS, não chuyển sang giấc ngủ REM, chiếm khoảng 20% ​​giấc ngủ của con người và được đánh dấu bằng những chuyển động mắt đột ngột và các tần số alpha và theta (8 đến 12 Hz) biên độ thấp nhanh hơn (8 đến 12 Hz). dao động 8 Hz). Trong giấc ngủ REM, cả hai quần thể aminergic đều bị ức chế mạnh, trong khi hệ cholinergic trở nên hoạt động mạnh hơn so với mức độ thức (57). Quá trình chuyển đổi qua giai đoạn 2, SWS và REM xảy ra theo chu kỳ từ 90- đến 100-phút trong suốt đêm, với nửa đầu của đêm do SWS chi phối và nửa sau của đêm do giấc ngủ REM chi phối (58).

Ở các vị trí ngoại vi, quá trình chuyển từ thức sang SWS có liên quan đến việc giảm đáng kể nhịp tim và huyết áp, cũng như sự gia tăng ưu thế của HF-HRV (59, 60). Huyết áp giảm trong khi ngủ NREM so với lúc thức có lợi cho sức khỏe tim mạch, khiến một số chuyên gia mô tả giấc ngủ như một "kỳ nghỉ tim mạch" (61). Đặc biệt, SWS là giai đoạn tim mạch không hoạt động và có thể là cơ hội để hệ thống tim mạch phục hồi sau những tổn thương ban ngày, chẳng hạn như tăng huyết áp do căng thẳng. Thật vậy, một nghiên cứu so sánh lượng SWS và các dấu hiệu cận lâm sàng của bệnh tim mạch cho thấy những người tham gia có SWS cao hơn cho thấy dấu hiệu bệnh tim mạch thấp hơn sau căng thẳng tim mạch (62), cho thấy SWS có thể làm giảm các phản ứng tự chủ đối với căng thẳng ban ngày có thể làm thay đổi nguy cơ mắc bệnh.

Ngoài ra, giấc ngủ, thay vì tác động sinh học, dường như ảnh hưởng đến hoạt động ANS, vì hồ sơ HRV tương tự đã được hiển thị trong giấc ngủ ban ngày và ban đêm (63), điều này cũng có thể chỉ ra rằng những giấc ngủ ngắn ban ngày đóng vai trò như một kỳ nghỉ nhỏ cho tim mạch. Hơn nữa, một nghiên cứu so sánh hồ sơ HRV trong một giấc ngủ ngắn 50-phút với khi thức dậy nghỉ ngơi ở tư thế nằm ngửa đã báo cáo rằng hệ phó giao cảm chỉ chiếm ưu thế trong khi ngủ chứ không phải khi nghỉ ngơi yên tĩnh, cho thấy rằng lợi ích về tim mạch chỉ dành riêng cho giấc ngủ (64).

Các nghiên cứu đã tiết lộ sự phụ thuộc lẫn nhau nhất quán giữa hoạt động của tim và não, với những thay đổi trùng hợp theo thời gian về công suất delta EEG (0,5 đến 4 Hz) và hoạt động ANS (65–70). Các biến điệu trong HRV có liên quan chặt chẽ với sự khởi đầu của SWS đến mức chúng có thể được sử dụng làm thông số để tự động phát hiện SWS (71). Hơn nữa, công suất dải delta, một dấu hiệu của giấc ngủ cân bằng nội môi tiêu tan trong các khoảng thời gian NREM liên tiếp, cho thấy sự khớp nối nghịch đảo với tỷ lệ LF/(LF+HF) trong khi ngủ vào ban đêm. Nói chung, tỷ lệ LF/(LF+HF) tăng trong giấc ngủ REM và giảm trong SWS (Hình 1A) (66), cho thấy hoạt động giao cảm lớn hơn trong giấc ngủ REM, với nhịp tim và mức huyết áp đạt giá trị tương tự như lúc thức (72 ).

Hoạt động phó giao cảm/phế vị trong giấc ngủ NREM và hoạt động giao cảm trong giấc ngủ REM có thể vượt quá mức trung bình của trạng thái tỉnh táo yên tĩnh (72). Hình 1B thể hiện phổ công suất của các khoảng RR trong thời gian thức yên tĩnh, giai đoạn 2, SWS và giấc ngủ REM (Hình 1B) (73). Gần đây hơn, SWA tăng lên một cách có nguyên nhân thông qua kích thích SO âm thanh dẫn đến hoạt động âm đạo tăng lên (được đo bằng HF-HRV và SDNN) trong SWS so với kích thích giả tạo (74), cho thấy sự phụ thuộc lẫn nhau mạnh mẽ giữa hoạt động âm đạo và các sự kiện dao động EEG chậm trong SWS.

Xem xét các mức độ phân tích chính xác hơn theo thời gian, sự kết hợp đã được thể hiện giữa các sự kiện ANS và CNS riêng lẻ, chẳng hạn như nhịp tim và EEG SO trong giấc ngủ sâu (75). Sử dụng phương pháp tương quan chéo, Thomas et al. (69) cho thấy mối quan hệ tạm thời giữa SWA và khớp nối tim phổi tần số cao (0.1 đến 0.4 Hz), một dấu ấn sinh học có nguồn gốc từ ECG của giấc ngủ ổn định, trong giấc ngủ NREM. Một số nghiên cứu cũng đã báo cáo về mối liên hệ giữa các sự kiện thần kinh tự chủ và sự kiện trung ương, trong đó các đợt tăng nhịp tim ngắn tạm thời trùng khớp với sự gia tăng thoáng qua của SO trong giấc ngủ NREM (73, 76). Rembado và cộng sự. đã ghi lại các điện thế do dây thần kinh phế vị gợi lên, biểu hiện dưới dạng dây thần kinh phế vị hướng tâm đến vỏ não để phản ứng với VNS, ở não khỉ khỉ ở các trạng thái ý thức khác nhau (77). Điện thế do dây phế vị gợi lên đã được báo cáo là lớn hơn từ 300 đến 500% trong giấc ngủ NREM, so với giấc ngủ REM và lúc thức (Hình 1C) (77), và quan trọng là, điện thế do dây thần kinh phế vị gợi lên trong NREM lớn hơn đối với các kích thích được phân phối ở trạng thái khử cực pha dao động delta đang diễn ra, cho thấy sự kết hợp chặt chẽ về thời gian giữa các sự kiện ANS và CNS. Những phát hiện này chứng minh rằng động lực học của CNS-ANS hỗ trợ sự phụ thuộc lẫn nhau giữa chức năng vỏ não và tim trong khi ngủ. Hơn nữa, cùng với những phát hiện từ các nghiên cứu HRV khi thức, sự gia tăng tự nhiên trong hoạt động phó giao cảm trong SWS cho thấy rằng hồ sơ HRV trong khi ngủ có thể góp phần nâng cao nhận thức ở một mức độ nào đó.

Cả SWS và âm đạo đều có lợi WM

So với tình trạng tỉnh táo, giấc ngủ giữa các buổi tập WM có thể rất quan trọng để nâng cao hiệu suất WM (78–82), có thể do ảnh hưởng của SO (83–85) (Phụ lục SI, Hình S2A). Hơn nữa, một nghiên cứu gần đây sử dụng kích thích âm thanh SO trong giấc ngủ ban đêm đã báo cáo rằng kích thích đã cải thiện WM do SWA được tăng cường, so với những người có SWA không được tăng cường (86). Tuy nhiên, không phải tất cả các nghiên cứu đều tìm thấy mối liên hệ tích cực giữa các tính năng EEG của cải thiện SWS và WM (78, 81). Một lý do tiềm ẩn cho việc thiếu các phát hiện nhất quán một phần có thể liên quan đến thực tế là có rất ít nghiên cứu đo lường hoạt động ANS trong khi ngủ và do đó bỏ lỡ sự đóng góp của ANS vào việc thay đổi hiệu suất. Một nghiên cứu gần đây tính đến cả hoạt động tự chủ và hoạt động trung tâm trong suốt thời gian ngủ, trong đó WM của đối tượng được kiểm tra trước và sau thời gian ngủ (78) (Phụ lục SI, Hình S2B). Trong nghiên cứu này, những người tham gia thực hiện nhiệm vụ kéo dài vào buổi sáng và buổi tối. Trong khoảng thời gian quan tâm, các đối tượng trải qua một giấc ngủ ngắn hoặc thức dậy yên tĩnh với điện não đồ và ECG được ghi lại (78). Kết quả cho thấy HF-HRV trong SWS dự đoán sự cải thiện WM ở những thanh niên khỏe mạnh, ở mức độ lớn hơn HF-HRV khi thức giấc hoặc hơn các đặc điểm SWS khác, bao gồm SO hoặc SWA. Những phát hiện này cho thấy rằng cùng với các sự kiện EEG của SWS, hoạt động âm đạo tăng cao một cách tự nhiên trong SWS cũng hỗ trợ cải thiện WM ở thanh niên.

Mặc dù các cơ chế cải thiện WM phụ thuộc vào giấc ngủ vẫn khó nắm bắt, nhưng dựa trên bức tranh hiện tại, SO và hoạt động âm đạo có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc cải thiện WM bằng cách tăng hiệu quả và tính tự động trước trán trong các mạng ức chế dưới vỏ não trước trán. Cụ thể, đầu vào âm đạo làm tăng hoạt động phasic-NE trước trán trong khi SO điều chỉnh tăng điện thế khớp thần kinh vỏ não. Thú vị hơn, Escchenko et al. cho thấy các tế bào thần kinh LC kích hoạt trong quá trình chuyển đổi từ trên xuống, trong khi các tế bào thần kinh trước trán trung gian kích hoạt ở đỉnh SO (87), tương ứng với thời gian kích thích vỏ não tối đa trong các trạng thái lên, cho thấy rằng trong các tương tác LC trước trán, LC dẫn đầu hoạt động trước trán. Người ta đã đưa ra giả thuyết rằng SO tăng cường các khớp thần kinh bị ức chế do hoạt động liên tục trong ngày hôm trước và điện thế đó cung cấp cơ sở sinh lý cho việc cải thiện trí nhớ phụ thuộc vào giấc ngủ (88). Kết hợp lại với nhau, mức NE tối ưu trong khi ngủ có thể hỗ trợ hiệu suất WM vào ngày hôm sau bằng cách tăng cường hoạt động WM trước trán và do đó nâng cao hiệu quả WM giai đoạn trước trán.

Một khả năng khác là SO và hoạt động của dây thần kinh phế vị tạo điều kiện thuận lợi cho WM bằng cách giải phóng các mảng tau/beta-amyloid trong mạng lưới chức năng điều hành dưới vỏ não trước trán, được thúc đẩy bởi hoạt động LC–NE phasic (hướng tâm phế vị) và SO (35). Ngay cả ở những cá nhân thực hiện chức năng nhận thức trong phạm vi bình thường, sự tích lũy tau thái dương ở giữa có liên quan đến hiệu suất nhận thức kém hơn (89). Nghiên cứu này sử dụng một bài kiểm tra tiêu chuẩn hóa để đo lường hiệu suất nhận thức, điều này không cho phép chúng tôi phân tách tác động của tau đối với WM. Cần nghiên cứu sâu hơn để hiểu liệu độ thanh thải glymphatic có thực sự liên quan đến việc cải thiện WM phụ thuộc vào giấc ngủ hàng ngày trong não khỏe mạnh hay không, hoặc liệu các cơ chế khác cũng có thể liên quan hay không, bao gồm phục hồi cân bằng nội môi qua trung gian SO (90) hoặc tăng hiệu quả khớp thần kinh tối đa (91).

Bây giờ chúng ta chuyển sang câu hỏi về LTM, trong đó có nhiều bằng chứng ủng hộ vai trò của SWS cụ thể trong việc củng cố các ký ức từng giai đoạn phụ thuộc vào vùng đồi thị. Tuy nhiên, bằng chứng về vai trò tiềm năng của hoạt động ANS trong quá trình ngủ trong quá trình này vẫn còn khan hiếm, một khoảng trống có thể có giá trị giải thích.

Đóng góp của CNS và ANS cho trí nhớ dài hạn

Trí nhớ theo giai đoạn, phụ thuộc vào vùng đồi thị đề cập đến việc hồi tưởng có ý thức các thông tin cụ thể về thời gian và địa điểm thu thập (92). Ngày càng có nhiều tài liệu ủng hộ vai trò của giấc ngủ trong việc củng cố ký ức từng giai đoạn và đã xác định được vai trò quan trọng đối với các sự kiện điện sinh lý cụ thể trong giấc ngủ NREM (93). Mặc dù có nhiều tranh luận về cách thức những trải nghiệm gần đây được thể hiện và biến đổi trong kho lưu trữ dài hạn của vỏ não và dưới vỏ não (94–96), vẫn có sự đồng thuận rằng hồi hải mã là một hệ thống học hỏi nhanh, liên kết những trải nghiệm gần đây thành những biểu hiện trên các vỏ não khác nhau. cấu trúc trong quá trình mã hóa (93).

Trong quá trình củng cố, việc kích hoạt lại nhiều lần sẽ ổn định và củng cố các dấu vết ký ức, trong đó giấc ngủ là khoảng thời gian ngoại tuyến tối ưu để củng cố vì nó tạo điều kiện thuận lợi cho cuộc đối thoại giữa vùng hải mã và vỏ não mới (93). Cụ thể, trong giấc ngủ NREM, dấu vết bộ nhớ được kích hoạt lại bởi các gợn sóng sắc nét vùng đồi thị được lồng trong các trục đồi thị, lần lượt được lồng vào trong quá trình chuyển đổi từ trên xuống của SO, cung cấp một con đường giao tiếp thần kinh giữa tế bào vỏ não mới và tế bào vùng đồi thị. lắp ráp. Các trục chính gần đây đã được công nhận là đóng vai trò nguyên nhân trong việc củng cố trí nhớ phụ thuộc vào vùng đồi thị thông qua dược lý học (97) và kích hoạt lại bộ nhớ có mục tiêu (98). Mednick và cộng sự. (97) đã so sánh zolpidem, một chất chủ vận GABA-A tác dụng ngắn, với giả dược và thuốc thôi miên kiểm soát dương tính (natri oxybate) trong một đêm ngủ. So với các biện pháp kiểm soát, zolpidem đã tăng cường các trục giấc ngủ và tăng cường trí nhớ bằng lời nói từng giai đoạn, phụ thuộc vào vùng đồi thị và cải thiện trí nhớ qua trung gian tăng cường trục chính. Các nghiên cứu dược lý khác đã chứng thực những phát hiện này (99), cho thấy sự điều biến GABAergic của mạng lưới vỏ não là quan trọng đối với sự hình thành LTM.

Mặc dù danh sách các nghiên cứu ngày càng tăng chứng minh vai trò của hoạt động ANS trong chức năng điều hành và WM, các liên kết đến LTM được báo cáo thưa thớt và không có nghiên cứu nào xác nhận vai trò của ANS trong khi ngủ ở LTM từng giai đoạn phụ thuộc vào vùng đồi thị. Một nghiên cứu cho thấy rằng sự cải thiện qua đêm về trí nhớ thủ tục không phụ thuộc vào vùng đồi thị có tương quan với LF-HRV và SDNN trong khi ngủ (100). Ngoài ra, hoạt động phó giao cảm (HF-HRV) trong giấc ngủ REM dự đoán mạnh mẽ sự cải thiện trong khả năng khơi dậy tiềm ẩn trong nhiệm vụ sáng tạo (101). Các nghiên cứu kiểm tra tác động của HRV khi thức giấc đối với LTM từng đợt cũng cho thấy nhiều kết quả khác nhau. Một nghiên cứu đã chứng minh rằng những người có chức năng tự chủ thần kinh phế vị kém (HRV khi nghỉ ngơi thấp) có lỗi ghi nhớ sai lớn hơn (102). Ngoài ra, trương lực phế vị của tim đã được chứng minh là có mối tương quan tích cực với trí nhớ tốt hơn đối với các kích thích mang tính cảm xúc (103, 104), mặc dù không có mối liên hệ nào với trí nhớ đối với các kích thích trung tính. Ngược lại, một số nghiên cứu cho thấy HRV trong lúc thức giấc không dự đoán được hiệu suất của trí nhớ theo từng giai đoạn (105–107). Tổng hợp lại, bức tranh mới nổi về vai trò của đầu vào CNS và ANS đối với việc nâng cao nhận thức là SWS là trạng thái não tối ưu để ổn định các ký ức từng giai đoạn, dài hạn, không cảm xúc, cũng như để cải thiện chức năng điều hành, nhưng không phải nhất thiết phải thông qua các cơ chế tương tự.

Làm thế nào để trí nhớ làm việc và trí nhớ dài hạn tương tác trong khi ngủ?
Mặc dù các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cả SWS (bao gồm SWA và SO) và hoạt động âm đạo trong SWS đều góp phần tạo ra WM và các phức hợp gợn sóng trục chính SO góp phần tạo ra LTM phân đoạn, mối quan hệ giữa WM và LTM phân đoạn vẫn chưa rõ ràng. Một mặt, các nghiên cứu đã chỉ ra mối liên hệ tích cực giữa WM và LTM, chẳng hạn như WM tăng khả năng nhận dạng LTM và dung lượng WM hạn chế mã hóa LTM (108). Mặt khác, Hoskin et al. đã chứng minh rằng việc kích hoạt lại bộ nhớ theo từng giai đoạn trong quá trình đánh thức sẽ ảnh hưởng đến quá trình bảo trì WM (109). Cụ thể, những người tham gia đã học danh sách từ và họ được kiểm tra ngay sau khi mã hóa (WM ngắn hạn) hoặc thực hiện một nhiệm vụ đánh lạc hướng trong đó bộ nhớ từng đoạn được khôi phục (kích hoạt lại LTM). Họ chỉ ra rằng khoảng thời gian trì hoãn đã đưa ra những thông tin bổ sung ảnh hưởng tiêu cực đến việc bảo trì WM. Điều này cho thấy các mô hình hoạt động phối hợp trên một vùng vỏ não rộng lớn, bao gồm cả vỏ não trước trán, được kích hoạt bởi việc kích hoạt lại bộ nhớ có thể lấy cắp tài nguyên từ việc bảo trì WM. Do đó, WM và trí nhớ phân đoạn có thể được hỗ trợ bởi các cơ chế thần kinh riêng biệt và có khả năng cạnh tranh, cụ thể là mạng lưới dưới vỏ não trước trán LC-NE và mạng lưới vùng đồi thị GABAergic tương ứng.

Ở cấp độ điều hòa thần kinh, cùng với sự tăng cường LC–NE của WM (nghiên cứu VNS), các nghiên cứu trên động vật đã cho thấy hệ thống này trong và ngay sau khi mã hóa các trải nghiệm mới (110, 111) và trong biểu hiện gen phụ thuộc vào thức điều chỉnh điện thế khớp thần kinh hỗ trợ việc học tập ( 112). Tuy nhiên, trong khi việc vô hiệu hóa LC có thể đảo ngược trong nhiệm vụ mê cung nước Morris cho thấy sự suy giảm đáng kể trong mã hóa bộ nhớ không gian và WM, thì việc hợp nhất và lưu giữ bộ nhớ không gian không bị ảnh hưởng (113). Cùng với nhau, những phát hiện này cho thấy hệ thống LC–NE có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc tiếp thu sớm những trải nghiệm mới và hiệu quả kiểm soát nhận thức, nhưng không đóng vai trò quan trọng trong việc hợp nhất và truy xuất LTM.

Ở người, những phát hiện gần đây trong tài liệu tVNS đã chứng thực vai trò chức năng có chọn lọc của hệ thống LC–NE trong kiểm soát nhận thức, nhưng không phải trong LTM. Một phân tích tổng hợp của 19 nghiên cứu tVNS (114) cho thấy tác dụng đáng kể của tVNS cấp tính đối với việc kiểm soát ức chế nhận thức, đặc biệt khi độ khó của nhiệm vụ tăng lên, nhưng không có bằng chứng nào chứng minh tính hiệu quả của tVNS đối với hiệu suất LTM, sự chú ý hoặc các lĩnh vực nhận thức khác. Cụ thể, Mertens et al. (115) nhận thấy rằng tVNS không ảnh hưởng đến trí nhớ nhận dạng từ ngay lập tức hoặc chậm trễ ở người trẻ và trung niên. Hơn nữa, sử dụng dược lý, Lozano-Soldevilla et al. (116) đã sử dụng GABAergic benzodiazepine (lorazepam) cho người trưởng thành khỏe mạnh và báo cáo mức giảm WM phụ thuộc vào liều, do giảm năng lượng gamma và alpha, cho thấy mối quan hệ đối kháng giữa GABA và mạng lưới vỏ não trước trán LC-NE.

Sự cạnh tranh giữa các mạng này có thể đặc biệt phổ biến trong khi ngủ ngoại tuyến (117, 118). Trong các gợn sóng hồi hải mã, dấu hiệu phát lại và hợp nhất LTM, Logothetis et al. (117) đã chứng minh sự vô hiệu hóa ở các vùng thân não điều chỉnh ANS. Những kết quả hấp dẫn này có thể có nghĩa là trong quá trình củng cố trí nhớ phụ thuộc vào giấc ngủ, các phức hợp gợn sóng/trục chính có thể điều phối trạng thái tương tác đặc quyền giữa đồi hải mã và vỏ não bằng cách làm im lặng đầu ra từ các vùng não giữa, não giữa và thân não (SI Phụ lục, Hình S3). Điều thú vị là, việc ngừng hoạt động của hạch nền, vùng cầu não và vỏ tiểu não, phù hợp với bằng chứng trước đây về sự cạnh tranh giữa các hệ thống trí nhớ giai đoạn và thủ tục (119). Theo hướng ngược lại, Novitskaya et al. (118) đã tăng NE bằng thực nghiệm bằng cách kích thích phasic-LC và ngăn chặn việc tạo ra các trục vỏ não liên quan đến gợn sóng, do đó cản trở sự hợp nhất LTM không gian. Hơn nữa, Marzo và cộng sự. (120) đã chỉ ra rằng sự kích thích theo pha của LC ở chuột bị gây mê đã ức chế tạm thời các trục quay trong khi gợi lên sự chuyển động liên tục ở vỏ não trước trán ở giữa giống như hoạt động trước trán phụ thuộc NE trong thời gian trì hoãn của các nhiệm vụ WM. Cũng có tài liệu rõ ràng rằng đầu vào NE chuyển mạng lưới vỏ não từ trạng thái đồng bộ hóa liên kết với SO và trục chính sang trạng thái không đồng bộ được đặc trưng bởi khả năng phản ứng thần kinh tăng lên đối với đầu vào khớp thần kinh, tối ưu hơn cho việc mã hóa và xử lý cảm giác (121).

Do đó, sự đối kháng lẫn nhau, hai chiều giữa các hệ thống tự trị dưới vỏ não đồi thị-hồi hải mã và vỏ não trước trán trong NREM có thể là cơ sở cho sự đánh đổi hành vi được báo cáo giữa LTM và WM từng đợt. Để kiểm tra khả năng này, Chen et al. đã sử dụng chất chủ vận GABA-A, zolpidem, để nghiên cứu tính định hướng của sự tương tác giữa hệ thống phế vị và trục chính trong khi ngủ qua đêm và ảnh hưởng của chúng đối với việc cải thiện WM và củng cố trí nhớ từng giai đoạn (122). Cùng với việc tăng cường hoạt động của trục chính và củng cố LTM theo từng đợt, zolpidem còn cho thấy sự ức chế âm đạo và cải thiện WM ít hơn so với giả dược (SI Phụ lục, Hình S4A). Hoạt động âm đạo trong SWS tương quan dương với cải thiện WM (Phụ lục SI, Hình S4B) nhưng tương quan nghịch với khả năng duy trì LTM (Phụ lục SI, Hình S4C). Ước tính kết nối hiệu quả (123, 124) đã chứng minh rằng các dao động vỏ não trong phạm vi trục chính cho thấy sự ức chế nguyên nhân đối với hoạt động thần kinh phế vị cả trong điều kiện zolpidem và giả dược, cường độ của nó có liên quan đến sự đánh đổi giữa LTM từng giai đoạn được tăng cường với cái giá là giảm cải thiện WM. Ngoài ra, khớp nối trục chính–SO có liên quan đến sự đánh đổi hành vi tương tự, với khớp nối trục chính–SO lớn hơn liên quan đến cải thiện WM ít hơn. Những phát hiện này phù hợp với quan điểm cho rằng giao tiếp vùng đồi thị-vỏ não GABAergic và giao tiếp tự động dưới vỏ não-dưới vỏ não LC–NE cạnh tranh để giành tài nguyên trong khi ngủ SWS và sự tương tác này có thể thiên về hợp nhất LTM bằng cách tăng trục chính/sigma, trong trường hợp này về mặt dược lý, và có lẽ các phương pháp khác sẽ có tác dụng có thể dự đoán được. Ví dụ: chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng VNS sẽ thiên vị sự tương tác theo hướng ngược lại bằng cách tăng cường hoạt động âm đạo và cải thiện WM với chi phí là trục chính kết hợp với hiệu suất SO và LTM.

Mô hình chuyển mạch dao động chậm

Mô hình chuyển mạch dao động chậm (Hình 2) đề xuất rằng não chuyển đổi giữa tách biệt và không chồng chéo. Trong trạng thái LTM, sự hợp nhất xảy ra thông qua các SO được ghép nối trục chính, dẫn đến tăng cường giao tiếp vùng đồi thị-vỏ não vùng đồi thị, tăng phức hợp gợn sóng-trục chính, đồng thời giảm mạng lưới ức chế tự trị trước trán. Ở trạng thái WM, các SO không có trục chính sẽ phát huy hiệu quả thần kinh cao hơn trong mạng lưới tự trị dưới vỏ não trước trán. Động lực cạnh tranh giữa các mạng này được hướng dẫn về mặt lý thuyết bởi các nghiên cứu trên động vật cho thấy mối quan hệ đối kháng giữa các vùng não điều chỉnh hoạt động tự trị so với việc phát lại trí nhớ (117, 118) và bằng chứng cho sự chuyển đổi định kỳ giữa các trục chính và hoạt động tự trị (126).

Chúng tôi đưa ra giả thuyết thêm rằng các trục xoay có thể hoạt động như một cơ chế điều chỉnh tài nguyên SO cho các quy trình khác. Cho rằng ∼20% SO trong NREM được ghép nối trục chính (127), điều này khiến nhiều tài nguyên phải được phân chia cho các quy trình khác. Công trình gần đây phân tích các đặc điểm không gian và thời gian của SO đã xác định rằng chúng có thể được phân loại thành ba loại, SO toàn cầu, SO phía trước và SO cục bộ, trong đó SO toàn cầu thường xảy ra đồng thời với trục xoay (127). SO toàn cầu đã được chứng minh là hỗ trợ giao tiếp tầm xa, tăng khớp nối trục chính và dự đoán sự hợp nhất LTM (128), trong khi SO trán có biên độ thấp hơn so với SO toàn cầu, chỉ lan truyền trong vỏ não trán và có thể là ứng cử viên đầy hứa hẹn để sửa đổi thùy trán trước– mạng lưới tự trị dưới vỏ não hỗ trợ WM. Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng SO vùng trán cũng có thể là sóng mang cho các quá trình phục hồi tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thanh thải glymphal trước trán, vì các nghiên cứu đã báo cáo rằng SO được kết hợp tạm thời với và đi trước sự thanh thải glymphal não tủy (129, 130), nhưng những nghiên cứu này chưa phân biệt giữa các loại SO . SO phía trước có thể điều chỉnh hoạt động của dây thần kinh phế vị, do đó thúc đẩy quá trình bắn tế bào thần kinh LC phasic và giải phóng tau (35). Một nghiên cứu gần đây cho thấy rằng kích thích thính giác không chỉ làm tăng SO vùng trán mà còn làm tăng HRV phế vị (131). Cùng với nhau, hoạt động của âm đạo có thể làm tăng hiệu quả và tính tự động trước trán của mạng chức năng WM bằng cách giải phóng glymphatic tốt nhất là xảy ra trong các SO phía trước. Những suy đoán này có thể kiểm chứng bằng thực nghiệm và cần có nhiều nghiên cứu hơn để làm sáng tỏ thêm động lực phức tạp và có khả năng cạnh tranh của giấc ngủ, hỗ trợ một loạt các lĩnh vực nhận thức.

Nhận xét kết luận và định hướng tương lai

WM là khả năng lưu giữ một lượng nhỏ thông tin hoạt động và phù hợp trong một khoảng thời gian ngắn, trong khi trí nhớ từng đoạn là một kho trải nghiệm tự truyện dường như không giới hạn, mỗi trải nghiệm trong số đó có thể được gợi lên một cách rõ ràng. Giấc ngủ, đặc biệt là hoạt động của não trong SWS, đã được chứng minh là có ảnh hưởng đến cả hai loại quá trình ghi nhớ. Ngoài ra, hoạt động âm đạo được đo bằng HF-HRV có liên quan đến WM, trong khi các nghiên cứu điều tra tác động của ANS lên trí nhớ từng đoạn mang lại kết quả không nhất quán. Cơ chế phối hợp hoạt động của CNS và ANS trong khi ngủ để tạo điều kiện thuận lợi cho cả hai loại quá trình nhận thức vẫn chưa được biết. Để thu hẹp khoảng cách này, chúng tôi trình bày Mô hình chuyển mạch dao động chậm, trong đó nêu rõ rằng giấc ngủ là một đấu trường cạnh tranh trong đó LTM và WM theo từng giai đoạn tranh giành các nguồn lực hạn chế. Mặc dù mô hình này được cho là xảy ra một cách tự nhiên, hoạt động bên trong của hệ thống được bộc lộ bằng thực nghiệm trong các nghiên cứu khuếch đại một mặt của sự đánh đổi (ví dụ, tăng trục chính về mặt dược lý hoặc kích thích LC kích hoạt gợn sóng) với mức giảm có thể dự đoán được trong hoạt động phế vị và hiệu suất WM sau khi ngủ hoặc khớp nối gợn/trục chính và LTM.

Nếu giấc ngủ hoạt động giống như một công tắc chuyển đổi giữa các quá trình tự trị dưới vỏ não trước trán LC-NE và phát lại vùng đồi thị-vỏ não GABAergic, thì một câu hỏi đặt ra là điều gì quyết định mức độ ưu tiên của cơ chế chuyển đổi. Chúng tôi xem xét hai khả năng—sự chuyển đổi định kỳ tự nhiên và thành kiến ​​phụ thuộc vào kinh nghiệm. Lecci và cộng sự. (126) đã chứng minh mô hình xen kẽ định kỳ giữa các lần bùng nổ trục chính và tăng tốc nhịp tim, xảy ra cứ sau 50 giây, hỗ trợ khả năng các cơ chế Chuyển đổi dao động chậm luân phiên định kỳ trong điều kiện tăng trương lực. Ngoài ra, việc học tập, trải nghiệm cảm xúc, sự mới lạ hoặc tải trọng nhận thức có thể quyết định mức độ ưu tiên. Phù hợp với ý tưởng này, các nhiệm vụ trí nhớ đòi hỏi khắt khe hơn sẽ có số lượng trục quay lớn hơn trong giấc ngủ tiếp theo (132). Tương tự, đào tạo WM chuyên sâu có thể tăng SO vùng trán và hoạt động phế vị lên mức độ cao hơn so với đào tạo WM cường độ thấp hơn (22, 84). Các nghiên cứu trong tương lai điều tra cách não và cơ thể chúng ta phối hợp để kiểm soát công tắc này sẽ cho phép hiểu rõ hơn về động lực cạnh tranh giữa các miền bộ nhớ khác nhau.

Theo truyền thống, WM 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 không cải thiện (20), và các nghiên cứu gần đây cho thấy giấc ngủ hỗ trợ sự cải thiện này (78, 82). Tuy nhiên, cơ chế cơ bản của lợi ích này vẫn chưa rõ ràng. Hơn nữa, chúng ta biết rất ít về cách các mạng lưới tự trị dưới vỏ não trước trán có thể điều phối các SO và hoạt động âm đạo để tạo điều kiện thuận lợi cho WM. Một nghiên cứu đề xuất mối liên hệ giữa kiểm soát nhận thức, hoạt động phế vị và tính tự động trong mạng lưới tự trị dưới vỏ não trước trán. Lin và cộng sự. cho thấy rằng đào tạo nhận thức làm giảm khả năng kết nối chức năng trong mạng lưới trước trán song phương trong khi tăng hoạt động âm đạo, do đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện các nhiệm vụ được đào tạo và không được đào tạo, với ít nguồn lực cần thiết hơn để kiểm soát ức chế nhận thức thành công (22). Tuy nhiên, làm thế nào những động lực như vậy được điều biến trong khi ngủ hoặc SO vẫn chưa được khám phá. Các nghiên cứu hình ảnh thần kinh trong tương lai với EEG–fMRI đồng thời là rất quan trọng để cho phép hiểu được các cơ chế thần kinh làm cơ sở cho tính dẻo WM trong các sự kiện giấc ngủ cụ thể.

Mặc dù đã đạt được nhiều tiến bộ đáng kể trong thập kỷ qua nhưng vẫn còn nhiều điều cần hiểu về vai trò của giấc ngủ trong các lĩnh vực nhận thức khác nhau. Ở đây, chúng tôi trình bày một kịch bản trong đó LTM và WM theo từng giai đoạn được hỗ trợ bởi mạch riêng biệt tranh giành nguồn tài nguyên hạn chế trong khi ngủ. Điều quan trọng là chúng tôi nhấn mạnh khả năng SO có thể được chia thành các tiểu mục liên quan đến các chức năng khác nhau, vì các sự kiện điện sinh lý có cùng tần số có thể có các chức năng riêng biệt, một khả năng được Ngo và đồng nghiệp khám phá gần đây, cho thấy sự phân ly chức năng giữa delta và SO, với sóng delta tạo điều kiện cho việc quên trong khi SO có nhiều khả năng kết hợp với các trục chính và tạo điều kiện hợp nhất LTM theo từng giai đoạn (133, 134). Chúng tôi đề xuất rằng việc xác định các dấu ấn sinh học trung tâm tự trị trong khi ngủ đối với các quá trình nhận thức khác nhau và hiểu được động lực cạnh tranh của chúng có thể tạo điều kiện thuận lợi cho những hiểu biết mới về mô hình bộ nhớ và cung cấp các mục tiêu mới để chống lại bệnh thoái hóa thần kinh.

Dữ liệu, Tài liệu và Phần mềm sẵn có.

Không có dữ liệu cơ bản cho công việc này.

SỰ NHÌN NHẬN.

Công việc này được NIH Grant R{0}}AG062288 hỗ trợ cho SCM

Thẩm quyền giải quyết

1. MA Hagenaars, M. Oitzl, K. Roelofs, Đang cập nhật đóng băng: Sắp xếp nghiên cứu trên động vật và con người. Khoa học thần kinh. Hành vi sinh học. Bản sửa đổi 47, 165–176 (2014).

2. K. Miki, M. Yoshimoto, Vai trò của những thay đổi khác biệt trong hoạt động thần kinh giao cảm trong việc điều chỉnh chuẩn bị các chức năng tim mạch trong hành vi đóng băng ở chuột. Exp. Physiol. 95, 56–60 (2010).

3. SE Taylor và cộng sự, Phản ứng hành vi sinh học đối với căng thẳng ở phụ nữ: Có xu hướng làm bạn, không phải chiến đấu hay bỏ chạy. Tâm thần. Rev. 107, 411–429 (2000).

4. LN Whitehurst, A. Subramoniam, A. Krystal, AA Prather, Mối liên hệ giữa não và cơ thể trong khi ngủ: Ý nghĩa đối với việc xử lý trí nhớ. Xu hướng Khoa học thần kinh. 45, 212–223 (2022).

5. S. Breit, A. Kupferberg, G. Rogler, G. Hasler, Dây thần kinh phế vị như một bộ điều biến trục não-ruột trong các rối loạn tâm thần và viêm. Đằng trước. Tâm thần học 9, 44 (2018).

6. M. Kalia, JM Sullivan, Hình chiếu thân não của các thành phần cảm giác và vận động của dây thần kinh phế vị ở chuột. J. Comp. Thần kinh. 211, 248–265 (1982).

7. KK Sumal, WW Blessing, TH Joh, DJ Reis, VM Pickel, Tương tác khớp thần kinh của dây thần kinh phế vị hướng tâm và tế bào thần kinh tiết catecholaminergic trong nhân chuột solitarius. Độ phân giải não. 277, 31–40 (1983).

8. F. Shaffer, R. McCraty, CL Zerr, Một trái tim khỏe mạnh không phải là máy đếm nhịp: Một đánh giá tổng hợp về giải phẫu của tim và sự thay đổi nhịp tim. Đằng trước. Tâm thần. 5, 1040 (2014).

9. JF Thayer, RD Lane, Claude Bernard, và mối liên hệ giữa tim và não: Xây dựng thêm mô hình tích hợp thần kinh nội tạng. Khoa học thần kinh. Hành vi sinh học. Rev. 33, 81–88 (2009).

10. RE Kleiger, PK Stein, JT Bigger, Jr, Biến thiên nhịp tim: Đo lường và tiện ích lâm sàng. Ann. Điện tâm đồ không xâm lấn. 10, 88–101 (2005).

11. S. Laborde, E. Mosley, JF Thayer, Biến thiên nhịp tim và trương lực âm đạo của tim trong nghiên cứu tâm sinh lý - khuyến nghị cho việc lập kế hoạch thí nghiệm, phân tích dữ liệu và báo cáo dữ liệu. Đằng trước. Tâm thần. 8, 213 (2017).

12. M. Malik, Sự thay đổi nhịp tim. Ann. Điện tâm đồ không xâm lấn. 1, 151–181 (1996).

13. V. Menon, M. D'Esposito, Vai trò của mạng PFC trong kiểm soát nhận thức và chức năng điều hành. Dược lý học thần kinh 47, 90–103 (2021).

14. A. Baddeley, Trí nhớ làm việc. Khoa học 255, 556–559 (1992).

15. TS Braver, JR Gray, GC Burgess, "Giải thích nhiều loại biến thể của trí nhớ làm việc: Cơ chế kiểm soát nhận thức kép" trong Biến thể trong trí nhớ làm việc, A. Conway, C. Jarrold, M. Kane, A. Miyake, J Towse, Eds. (Nhà xuất bản Đại học Oxford, 2007), trang 76–106.

For more information:1950477648nn@gmail.com