فهم أدوار النشاط المركزي والاستقلالي أثناء النوم في تحسين الذاكرة العاملة والذاكرة العرضية الجزء الأول

شهد العقد الماضي تقدمًا كبيرًا في تحديد آليات النوم التي تدعم الإدراك. تركز معظم هذه الدراسات على العلاقة بين الأحداث الفيزيولوجية الكهربية للجهاز العصبي المركزي أثناء النوم والتحسينات في المجالات المعرفية المختلفة، في حين تم التغاضي إلى حد كبير عن التحولات الديناميكية للجهاز العصبي اللاإرادي أثناء النوم.

يرتبط النوم والذاكرة ارتباطًا وثيقًا. أثناء نومنا، تقوم أدمغتنا بمعالجة وتوحيد المعلومات التي تعلمناها خلال اليوم، مما يساعدنا على التذكر والتعلم. ولذلك، فإن آلية النوم الجيد مهمة جدًا لتحسين ذاكرتنا.

هناك مرحلتان رئيسيتان للنوم: حركة العين السريعة (REM) وحركة العين غير السريعة (NREM). تلعب هاتان المرحلتان من النوم أدوارًا مختلفة في أنواع مختلفة من الذكريات. أثناء مرحلة نوم حركة العين غير السريعة، سيعمل الدماغ على تقوية معالجة الذكريات وحقن المعلومات المهمة في الذاكرة طويلة المدى للحفاظ عليها بشكل أفضل. في مرحلة نوم حركة العين السريعة، سيعمل الدماغ على تعزيز إبداعنا وخيالنا من خلال تذكر المعلومات وإعادة تنظيمها، وقد يحدث أيضًا تلاشي بعض الذاكرة.

لضمان نوعية نوم جيدة، يجب علينا الاهتمام بتطوير عادات نوم جيدة. ويشمل ذلك أوقات نوم منتظمة، وتجنب الاستخدام المفرط للأجهزة الإلكترونية قبل النوم، والحفاظ على بيئة نوم مريحة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الحفاظ على الصحة البدنية من خلال ممارسة الرياضة ومراقبة النظام الغذائي يعد أيضًا أمرًا أساسيًا لجودة النوم.

باختصار، ترتبط آلية النوم والذاكرة ارتباطًا وثيقًا. من خلال الحفاظ على عادات نوم جيدة وأسلوب حياة جيد، يمكننا تحسين نوعية نومنا، مما يساعدنا في الحفاظ على ذاكرتنا وقدراتنا على التعلم بشكل أفضل. يمكن ملاحظة أننا بحاجة إلى تحسين ذاكرتنا. يمكن لـ Cistanche deserticola أن يحسن الذاكرة بشكل كبير، لأن Cistanche deserticola يمكنه أيضًا تنظيم توازن الناقلات العصبية، مثل زيادة مستويات الأسيتيل كولين وعوامل النمو. هذه المواد مهمة جدًا للذاكرة والتعلم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للحوم أيضًا تحسين تدفق الدم وتعزيز توصيل الأكسجين، مما يضمن حصول الدماغ على ما يكفي من العناصر الغذائية والطاقة، وبالتالي تحسين حيوية الدماغ والقدرة على التحمل.

انقر فوق معرفة المكملات الغذائية لتعزيز الذاكرة

ومع ذلك، حددت الدراسات الحديثة مساهمات كبيرة للمدخلات اللاإرادية أثناء النوم في الإدراك. ومع ذلك، لا تزال هناك فجوات كبيرة في فهم كيفية عمل الأجهزة المركزية والاستقلالية معًا أثناء النوم لتسهيل التحسين المعرفي. في هذه المقالة، نقوم بدراسة الأدلة على الأدوار المستقلة والتفاعلية للأنشطة المركزية واللاإرادية أثناء النوم والاستيقاظ في المعالجة المعرفية. نحن نركز بشكل خاص على الهياكل قبل الجبهية وتحت القشرية التي تدعم الذاكرة العاملة والآليات الكامنة وراء تكوين الذاكرة العرضية المعتمدة على الحصين.

يحدد نموذج تبديل التذبذب البطيء الخاص بنا الآليات الأساسية المنفصلة والمتنافسة التي تدعم مجالي الذاكرة على المستويات التشابكية والأنظمة والسلوكية. نقترح أن النوم هو ساحة تنافسية يتنافس فيها كلا مجالي الذاكرة على موارد محدودة، وقد تم إثبات ذلك تجريبيًا عندما يؤدي تعزيز نظام واحد إلى مقايضة وظيفية في النتائج الفيزيولوجية الكهربية والسلوكية.

وبما أن هذه النتائج تؤدي حتماً إلى مزيد من الأسئلة، فإننا نقترح مجالات للبحث المستقبلي لفهم كيفية تفاعل الدماغ والجسم بشكل أفضل لدعم مجموعة واسعة من المجالات المعرفية خلال حلقة نوم واحدة.

ينقسم الجهاز العصبي اللاإرادي (ANS) إلى فرعين، الفرع الودي المرتبط بتعبئة الطاقة أثناء ما يسمى باستجابات القتال-الهروب-التجميد (1، 2) والفرع السمبثاوي المرتبط بالوظائف الخضرية والتصالحية أثناء ما يسمى استجابات الراحة والهضم (3). هذه الفروع "تعمل بشكل عدائي وتآزري ومستقل لجمع المعلومات من الأعضاء الحسية وتنسيق الاستجابات للمتطلبات الداخلية والخارجية" (4).

يتواصل كل من الجهازين العصبيين الودي والباراسمبثاوي مع الجهاز العصبي المركزي (CNS)، مما يشكل نظامًا يسمى الشبكة اللاإرادية المركزية. الشبكة المستقلة المركزية عبارة عن مجموعة من هياكل الجهاز العصبي المركزي، بما في ذلك الموضع الأزرق (LC)، تحت المهاد، اللوزة الدماغية، القشرة الجبهية البطنية الإنسية، الحصين، والمهاد، التي تتلقى، بشكل مباشر أو غير مباشر، المدخلات من الجهاز العصبي المستقل وتعديل المخرجات إليه.

يتكون العصب المبهم (العصب القحفي العاشر) من ∼ 80٪ من الوصلات الواردة (5) التي تنقل المعلومات اللاودية/المهبلية من المحيط إلى نواة الجهاز الانفرادي في جذع الدماغ والمناطق العليا في الشبكة اللاإرادية المركزية ( 6، 7). بالإضافة إلى ذلك، تسمح الإسقاطات التنازلية من الشبكة اللاإرادية المركزية بالاتصالات ثنائية الاتجاه بين الدماغ والمناطق الطرفية (8، 9).

في البشر، الطريقة غير الباضعة للكشف عن نشاط ANS هي تقلب معدل ضربات القلب (HRV)، الذي يفحص التباين بين نبضات القلب الفردية (فواصل R-R، مما يعكس إزالة الاستقطاب البطيني) في مجمع QRS لمخطط كهربية القلب (ECG) (10-12).

يمكن حساب HRV في المجال الزمني ومجال التردد. تتضمن مقاييس المجال الزمني لـ HRV 1) SD لجميع فترات R-R (SDNN)، وهو مقياس عام للتباين في معدل ضربات القلب، و2) مربع متوسط ​​الجذر للاختلافات المتعاقبة (RMSSD)، وهو مقياس لتقلبات معدل ضربات القلب بوساطة في المقام الأول عن طريق العصب المبهم.

تتضمن مقاييس مجال التردد لـ HRV 1) قوة HRV عالية التردد (HF-HRV: 0.15 إلى 0.40 هرتز)، وهو مؤشر على عدم انتظام ضربات القلب الجيبي التنفسي والنشاط المبهم السمبتاوي، و2) قوة HRV منخفضة التردد (LF-HRV: 0.04 إلى 0.15 هرتز)، وهي إشارة مختلطة من مصادر متعاطفة وغير متجانسة. نظرًا لعدم اليقين في مساهمة الإشارات التي تشتمل على LF-HRV، بالنسبة للأصول المبهمة المعروفة لإشارة HF-HRV، تميل الأبحاث حول النشاط اللاإرادي إلى التركيز على HF-HRV.

للحصول على مراجعة حديثة لمناطق الدماغ وأنظمة التعديل العصبي التي تشتمل على الفروع السمبثاوية والودية، بالإضافة إلى مدخلاتها إلى مناطق الدماغ المخصصة للمعالجة المعرفية، انظر Whitehurst et al. (4).

تركز مراجعتنا بشكل خاص على الأدلة الداعمة لدور ANS في العمليات المعرفية عبر الاستيقاظ والنوم. لقد قدمنا ​​تقريرًا عن مجموعة قوية من النتائج التي تربط نشاط الجهاز السمبتاوي / المبهم أثناء الاستيقاظ والنوم مع الشبكة قبل الجبهية وتحت القشرية التي تنظم التحكم المعرفي والوظيفة التنفيذية والذاكرة العاملة (WM). لقد حددنا أيضًا ندرة كبيرة في الأدلة على النشاط اللاإرادي الذي يسهل تعزيز الذاكرة المعتمدة على النوم، وهي فجوة ملحوظة بالنظر إلى الكم الكبير من الأبحاث التي تربط النوم بتكوين ذكريات طويلة المدى. بعد ذلك، نلخص المعرفة الحالية حول الآليات التي تدعم تكوين الذكريات طويلة المدى أثناء النوم.

على هذه الخلفية، قمنا بتطوير فرضية مفادها أن شبكات الدماغ وأنظمة التعديل العصبي أثناء النوم التي تدعم زيادة الكفاءة في WM وتوحيد الحصين والذكريات العرضية هي آليات منفصلة ومتنافسة. نقدم نموذج تبديل التذبذب البطيء، والذي يعطي الخطوط العريضة لكيفية تفاعل هذه الآليات أثناء النوم، إلى جانب فرضيات قابلة للاختبار وخطوط بحث جديدة لمزيد من البحث في هذا المجال.

المدخلات اللاإرادية تعدل الإدراك

ارتبطت العمليات المعرفية التي تعتمد على التحكم المثبط من أعلى إلى أسفل في الشبكات ما قبل الجبهية وتحت القشرية، مثل التنظيم العاطفي، أو التحكم المعرفي، أو الوظيفة التنفيذية، بالنشاط السمبتاوي/المبهم. السيطرة المعرفية أو الوظيفة التنفيذية، وتنسيق العمليات والإجراءات العقلية حسب الأهداف والخطط الحالية هي الوظيفة الأساسية لقشرة الفص الجبهي.

يتم تنفيذ تنسيق التحكم المعرفي من خلال دوائر وظيفية متعددة مثبتة في قشرة الفص الجبهي، بما في ذلك القشرة الجبهية البطنية الإنسية، والقشرة الحزامية الأمامية، ومجموعة واسعة من المناطق تحت القشرية (13). WM هو أحد جوانب الوظيفة التنفيذية التي تدعم صيانة ومعالجة كمية صغيرة من المعلومات، وتستمر عادةً من ثوانٍ إلى دقائق (14)، وتشترك في آليات عصبية مماثلة مع التحكم المعرفي (15). سيركز نطاق هذه الورقة على جانب واحد من الوظيفة التنفيذية، وهو WM (لمزيد من المعلومات حول التنظيم العاطفي، انظر المراجع 16-19).

WM، على عكس الذاكرة طويلة المدى (LTM)، تستلزم تحويل تمثيلات الذاكرة أو آثارها وهي عملية معرفية عامة عبر الإنترنت، والتي كانت تعتبر تقليديًا سمة غير قابلة للتعديل. ومع ذلك، فقد أظهرت دراسات تدريب WM أنه يمكن تحسين الوظيفة التنفيذية بشكل عام وWM على وجه التحديد (20) وأن هذه التحسينات مدعومة بزيادة كفاءة الفص الجبهي وتلقائية الشبكات ما قبل الجبهية وتحت القشرية (21، 22).

أظهرت الأبحاث حول دور الجهاز العصبي الذاتي في الإدراك أن نشاط الجهاز السمبتاوي/المهبل قد يكون مؤشرًا على الدرجة التي تنظم بها الدائرة الجبهية-تحت القشرية الأنظمة المكونة لها استجابةً للمتطلبات الداخلية والخارجية. على وجه التحديد، ارتبط النشاط في هذه الدوائر المثبطة بشكل إيجابي مع استراحة HF-HRV (9، 23)، ويفترض أن الأداء الأمثل لهذه الدوائر للتنبؤ باستجابات مرنة وقابلة للتكيف مع التغيرات البيئية (24). أحد النماذج البارزة التي تهدف إلى شرح كيف أن الاتصال ثنائي الاتجاه بين الجهاز العصبي المركزي والجهاز العصبي المركزي هو مؤشر حاسم للنجاح المعرفي التكيفي هو نموذج التكامل العصبي الحشوي، الذي طوره ثاير وزملاؤه (9، 23) (ملحق SI، الشكل S1).

يقترح هذا النموذج أن معدل ضربات القلب هو مؤشر للتأثير المثبط قبل الجبهي وتحت القشري على نطاق واسع من مناطق الدماغ التي تدعم الإدراك والعاطفة والتفاعل الفسيولوجي، بما في ذلك الوظيفة التنفيذية، WM، وتوقع النتائج المستقبلية، والتنظيم العاطفي، والاستجابة العاطفية للإجهاد، و الأداء المحيطي (24).

حصل نموذج التكامل العصبي الحشوي على دعم تجريبي من الدراسات التي تظهر العلاقة بين معدل ضربات القلب أثناء اليقظة والوظيفة التنفيذية. بالمقارنة مع الأفراد الذين يعانون من HF-HRV أثناء الراحة المنخفضة (مما يعكس ضعف النغمة المبهمة السمبتاوي أثناء الراحة في اليقظة)، يُظهر الأفراد ذوو التردد العالي-HRV أداءً أفضل لـ WM [مهمة nback (25)؛ مهمة فترة التشغيل (26)] والتحكم المثبط [أي مهمة ستروب (27)].

بالإضافة إلى ذلك، ترتبط التغييرات الناجمة عن التدريب في التحكم المعرفي بتحسينات في نشاط الجهاز السمبتاوي، والعكس صحيح أيضًا حيث أن الزيادات التي يسببها التدريب في نشاط الجهاز السمبتاوي تعزز أيضًا التحسين المعرفي. على سبيل المثال، تبين أن التدريب المعرفي (سرعة المعالجة المعتمدة على الرؤية) يزيد من التردد العالي-HRV ويعزز التنشيط في الشبكة ما قبل الجبهية وتحت القشرية (22). في هذه الدراسة، خضع كبار السن الذين يعانون من ضعف إدراكي خفيف فاقد الذاكرة إلى 6 أسابيع من التدريب المعرفي.

بالمقارنة مع الضوابط، أظهر كبار السن في مجموعة التدريب النشط زيادة في HF-HRV وانخفاض الاتصال قبل الجبهي أثناء المهمة، مما يشير إلى تنظيم مستقل فعال قبل الجبهي وتحت القشرية. تم الإبلاغ عن نتائج مماثلة في المشاركين الأصحاء (28). علاوة على ذلك، تم الإبلاغ عن زيادة HF-HRV أثناء الراحة عبر التدريب الهوائي إلى تحسينات موازية في أداء WM (27).

في هذه الدراسة، تم تعيين المشاركين بشكل عشوائي إلى مجموعة تدريب هوائية ومجموعة تدريب (حالة تمرين منخفضة)، مع قياس HF-HRV وWM أثناء الراحة قبل وبعد تدخل التمرين. بعد التدخل، أظهرت مجموعة التدريب الهوائي أداءً أكبر لـ HF-HRV وWM مقارنةً بالمجموعة الضابطة التي تمنع التدريب، مما يشير إلى وجود صلة بين تقوية وظائف الجهاز السمبتاوي / المبهم وشبكات WM عبر تمرين القلب.

إحدى الآليات المحتملة لكيفية استفادة النشاط المبهم/الجهاز السمبتاوي من وظيفة الفص الجبهي وWM هي عبر تعديل النورإبينفرين (NE). أظهرت السنوات العشرين الأخيرة من الأبحاث أنه إلى جانب القصة التقليدية التي تقول إن المُعدِّل العصبي الأساسي للنشاط المبهم هو الأسيتيل كولين (ACh)، فإن الواردات المبهمة أيضًا تعدل مستويات NE في الدماغ. يمثل العصب المبهم المكون الرئيسي للجهاز العصبي السمبتاوي، وتنشيط الألياف الصاعدة للعصب المبهم يتوسط تصرفات NE على الدماغ (29، 30).

تقع أطراف الإرسال المبهم الوارد مباشرة داخل نواة السبيل الانفرادي، والتي تنقل المعلومات إلى الهياكل التي تنظم الإدراك العالي المستوى مثل اللوزة الدماغية، والحصين، والقشرة الأمامية عبر مسار متعدد المشابك من LC. على الرغم من أن ACh هو الناقل العصبي الأساسي في المشابك العصبية المحيطية للعصب المبهم، بمجرد انتشار المعلومات إلى LC، يصبح NE هو المعدِّل العصبي الأساسي الذي يتوسط الاتصال التشابكي في الجهاز العصبي المركزي.

يحتوي LC على وضعين لإطلاق النار، طوري ومنشط، مما يؤثر على وظيفة الفص الجبهي. تم ربط إطلاق النار المنشط بالتوتر أو الإثارة، في حين تم ربط إطلاق النار المرحلي بالاستجابات للحداثة والإدراك العالي الترتيب (31). تعتبر التنشيطات الطورية والمنشطة مستقلة، مع تحسين النشاط الطورى عند مستوى معتدل من النشاط المنشط (32)، في حين أن التفريغ المنشط المرتفع يمكن أن يضعف التفريغ الطورى (33). في الرئيسيات، يمكن أن يؤدي التنشيط التدريجي للخلايا العصبية NE في LC في الوقت المناسب مع التحولات المعرفية إلى إثارة أو تسهيل إعادة التنظيم الديناميكي للشبكات العصبية المستهدفة، مما يسمح بالتكيف السلوكي السريع مع الضرورات البيئية المتغيرة (34).

علاوة على ذلك، فقد ثبت مؤخرًا أن التنشيط البصري الوراثي المرحلي لـ LC يحمي من تأثيرات تاو المستطيلة البشرية الضارة والتدهور المعرفي بينما يؤدي تنشيط منشط LC المسبب للإجهاد إلى تفاقم آثاره (35، 36). على وجه التحديد، في الدراسة التي أجراها أومولوابي وآخرون. (36)، تم حقن الفئران بالتاو المتشابك، وتم تنشيط الخلايا العصبية LC الخاصة بها إما في أنماط طورية أو منشطة. ووجدوا أن التحفيز المرحلي أنقذ الفئران من العجز السلوكي وLC، في حين أدى التحفيز المنشط إلى تفاقم الأعراض.

علاوة على ذلك، أظهرت الدراسات التي أجريت على القوارض والقرود أن التوازن الاستثاري المثبط الأمثل للـ NE قبل الجبهي، والذي تحافظ عليه مستقبلات أدرينالية مختلفة، (على سبيل المثال، 1 وقبل وبعد المشبكي 2)، له تأثير مفيد مهم على أداء WM (37، 38). . تعمل زيادة تركيزات NE بشكل تجريبي في قشرة الفص الجبهي على تحسين أداء تثبيط الاستجابة لدى القوارض والبشر (39، 40).

تؤكد هذه المجموعة من الأبحاث على دور الوظيفة المثبطة المتزايدة أثناء ظروف التشتيت التي تفيد WM على وجه التحديد (41) بينما لا يكون لها أي فائدة لذاكرة الحصين (42). ومن المثير للاهتمام أن مستقبلين أدرينالينيين يزيدان بشكل تفضيلي NE الفص الجبهي ويحافظان على التوازن الاستثاري المثبط الأمثل، والذي بدوره يحسن وظيفة الفص الجبهي (43-45)، في حين أن مستقبل واحد يتجاوز نشاط مستقبلين ويضعف وظيفة WM (38).

الصورة الناشئة هي أن أنواعًا مختلفة من المستقبلات الأدرينالية قد تلعب دورًا في تحسين التوازن الاستثاري المثبط الشامل في قشرة الفص الجبهي. على وجه التحديد، ينظم NE الوظائف الفسيولوجية التي تحول الدماغ والجسم من حالة غير مجهدة، حيث يشرك نشاط LC المرحلي مستقبلين ويزيد من وظيفة WM قبل الجبهية، إلى حالة متوترة تحفز إطلاق المنشط ونشاط مستقبل واحد، مما يضعف WM مع الحفاظ على وظائف أخرى كاليقظة والانتباه (46).

في البشر، تم إنشاء علاقة سببية بين المدخلات المبهمة التي تعدل نشاط LC-NE والمجالات المعرفية التي تدعمها قشرة الفص الجبهي من خلال الدراسات التي تتلاعب بنشاط بالنغمة المبهمة باستخدام تحفيز العصب المبهم (VNS) أو تحفيز العصب المبهم غير الموسع عبر الجلد (tVNS). ينشط VNS عمليات إطلاق الخلايا العصبية الطورية في LC ويزيد من مستويات NE في الشبكات قبل الجبهية وتحت القشرية، بما في ذلك القشرة المخية الحديثة والحصين واللوزة وأجزاء أخرى من الدماغ مع إسقاطات واردة من LC (33، 47-49).

في إحدى الدراسات، قام المرضى الذين تم علاجهم باستخدام VNS الغازي بأداء مهام معرفية مع تشغيل التحفيز أو إيقافه. أظهر المرضى تحسنًا في أداء WM خلال فترات التحفيز مقارنة بفترات إيقاف التحفيز (50). في الآونة الأخيرة، أظهر tVNS تأثيرات مماثلة للتحكم المعرفي (51). في هذه الدراسة، أجرى المشاركون الأصحاء مهمة التحكم المثبطة (Go/NoGo) باستخدام تحفيز TVNS النشط أو التحفيز الزائف.

في حالة NoGo التي تتطلب تثبيطًا معرفيًا، نتج عن tVNS انخفاض كبير في سعة الإمكانات المرتبطة بالحدث N2 الأمامي، وهو مؤشر حيوي للمطالبة بالتحكم المعرفي، مما يشير إلى أن tVNS قد يؤدي إلى معالجة عصبية أكثر كفاءة مع موارد أقل مطلوبة مع التحكم المثبط الأمامي الناجح. تم توضيح تأثيرات مماثلة لـ tVNS في دراسة أخرى (52) حيث زاد tVNS من نشاط ثيتا في خط الوسط الأمامي، والذي يُعتقد أنه يعكس التنشيط العابر لقشرة الفص الجبهي في المواقف التي تتطلب تحكمًا تنفيذيًا متزايدًا في الإجراءات.

بالنظر إلى أن التحفيز المبهم يعزز طور LC-NE، وأن نشاط الجهاز السمبتاوي يزداد بشكل طبيعي أثناء نوم حركة العين غير السريعة (NREM)، فمن المغري افتراض أن الزيادات في نشاط LC-NE الطورية مع الزيادة الطبيعية في نشاط حركة العين غير الودية أثناء النوم قد تكون إحدى الآليات التي يتم من خلالها تنظيم وظيفة الفص الجبهي وتعزيز قدرة WM.

مجتمعة، قد يساهم LC-NE الطورى أثناء النوم في زيادة قدرة WM من خلال عدة آليات محتملة، بما في ذلك إعادة تنظيم التمثيلات العصبية، والقضاء على تاو، و/أو زيادة النشاط الطورى لمستقبلات LC-NE 2 جنبًا إلى جنب مع وظيفة الفص الجبهي. في الوقت نفسه، يؤدي منشط LC-NE الناجم عن الإجهاد إلى تعطيل النوم وكذلك وظيفة الفص الجبهي. سيقوم القسم التالي بمراجعة النتائج المتعلقة بالعلاقة بين النوم ونشاط ANS.

For more information:1950477648nn@gmail.com