Minnesforskare vid MIT fann slående likheter i mönstren för hjärnaktivitet hos råttorna när de navigerade i en labyrint och när de sov, vilket tyder på att de spelade upp upplevelsen av att köra labyrinten i sina sinnen.
"Vi var otroligt glada när vi såg det, eftersom vi tror att detta är ett mycket starkt bevis på att råttan faktiskt har en visuell upplevelse under sömnen", säger Matt Wilson, professor i hjärn- och kognitionsvetenskap vid MIT och senior författare. av tidningen publicerad i Nature Neuroscience.
Resultaten öppnar möjligheten att studera mentala bilder och till och med själva medvetandet genom att mäta hjärnaktivitet, sa Wilson, eftersom de mentala upplevelserna som råttorna hade under sömnen speglade exakt deras faktiska upplevelser när de var vakna.
"Eftersom det för närvarande inte finns något sätt att fråga ett djur vad de tänker på under sömnen, använder vi strategin att titta på hjärnans aktivitet när djuret är vaket och engagerat i en uppgift som har en mycket tydlig visuell komponent", förklarade han.
Wilsons team har ägnat det senaste decenniet åt att utveckla sofistikerade tekniker för att avbilda hjärnaktivitet hos råttor. De byggde nyligen en "råttstad" i sitt labb på MIT:sex stora inhägnader i råttstorlek som kan hysa upp till 24 djur åt gången, var och en med sina egna kameror, löphjul, högtalare och en labyrint. Genom att placera ett bildfönster i råttornas skallar kan teamet använda miniatyrmikroskop för att spåra aktiviteten hos mer än 100 000 neuroner i djurens visuella cortex medan de är vakna och utforskar labyrinten.
När råttorna sprang labyrinten, avfyrade nervcellerna i den visuella cortexen i samma mönster som skulle ha förutspåtts av den visuella input som djuren upplevde när de sprang genom den välbekanta miljön.
Forskargruppen tittade sedan på hjärnaktivitet hos sovande råttor. De var särskilt intresserade av de aktivitetsmönster som kallas spindlar, som är kännetecknen för långsam vågsömn. Spindlar har kopplats till minneskonsolidering, processen genom vilken nya minnen lagras i hjärnan, men det är inte klart hur de åstadkommer detta.
Teamet upptäckte att nervcellerna i den visuella cortex som normalt svarade på specifika egenskaper i miljön – kanter eller kontrast, till exempel – avfyrades tillsammans med spindlar under en specifik fas av långsam sömn. Men ännu mer spännande, aktivitetsmönstren i dessa grupper av neuroner liknade samma aktivitetsmönster som teamet hade sett när råttorna var vakna och sprang genom labyrinten. Dessa resultat tyder på att råttorna spelade om sina upplevelser i labyrinten i sina sinnen.
"Jag hade hela tiden en misstanke om att spindlar gjorde detta, men att faktiskt se det, jag måste säga, var helt hisnande," sa Wilson.
Den visuella cortexen kontrollerar inte minnet, men den är involverad i perceptuell inlärning och minneskonsolidering. Wilson och hans kollegor tror att den visuella cortex är en del av ett stort nätverk av hjärnregioner som är involverade i minneskonsolidering under långsam vågsömn. Under denna typ av sömn, den vanligaste sömnfasen i icke-REM-sömn, spelar hjärnan upp, eller återaktiverar, minnen när de konsolideras och lagras i hjärnan. "Jag tycker att det är spännande att tänka att dessa aktivitetsmönster som är involverade i våra mest levande mentala upplevelser faktiskt finns där av funktionella skäl", sa Wilson. "Dessa reaktiveringar verkar vara viktiga för minne och kognitiv funktion."
Wilson tillade:"Jag tror att vi har kommit fram till en generell strategi som kan tillämpas på andra problem, till exempel hur gnagare tänker på beslut eller belöningar, eller i slutändan till och med medvetande."
