Ce se întâmplă în creier în timp ce visăm cu ochii deschiși

Stai liniștit și, dintr-o dată, creierul tău se deconectează de la lume și se îndreaptă spre cu totul altceva – poate o experiență recentă sau o amintire veche. Tocmai ați avut un vis cu ochii deschiși.

Cu toate acestea, în ciuda omniprezenței acestei experiențe, ce se întâmplă în creier în timp ce visezi cu ochii deschiși este o întrebare care a scăpat în mare parte neuroștiințelor.

Acum, un studiu la șoareci, publicat în Nature, a adus o echipă condusă de cercetători de la Harvard Medical School cu un pas mai aproape de a afla.

Cercetătorii au urmărit activitatea neuronilor din cortexul vizual al creierului șoarecilor în timp ce animalele au rămas într-o stare de veghe liniștită. Ei au descoperit că, ocazional, acești neuroni se declanșau într-un tipar similar cu cel care apare atunci când un șoarece se uita la o imagine reală, sugerând că șoarecele se gândea – sau visa cu ochii deschiși – la imagine. Mai mult decât atât, modelele de activitate din timpul primelor câteva visări cu ochii deschiși ale unui șoarece au prezis modul în care răspunsul creierului la imagine se va schimba în timp.

Visele cu ochii deschiși

Cercetarea oferă dovezi tentante, deși preliminare, că visele cu ochii deschiși pot modela răspunsul viitor al creierului la ceea ce vede. Această relație cauzală trebuie confirmată în cadrul unor cercetări ulterioare, a avertizat echipa, dar rezultatele oferă un indiciu intrigant că visele cu ochii deschiși în timpul trezirii liniștite pot juca un rol în plasticitatea creierului – capacitatea creierului de a se remodela ca răspuns la experiențe noi.

„Am vrut să știm cum se produce acest proces de visare cu ochii deschiși la nivel neurobiologic și dacă aceste momente de reflecție liniștită ar putea fi importante pentru învățare și memorie”, a declarat autorul principal Nghia Nguyen, doctorand în neurobiologie la Institutul Blavatnik de la HMS.

O regiune a creierului trecută cu vederea

Oamenii de știință au petrecut mult timp studiind modul în care neuronii repetă evenimentele din trecut pentru a forma amintiri și pentru a cartografia mediul fizic în hipocampus, o regiune a creierului în formă de căluț de mare care joacă un rol cheie în memorie și în navigația spațială.

În schimb, au existat puține cercetări privind reluarea neuronilor în alte regiuni ale creierului, inclusiv în cortexul vizual. Astfel de eforturi ar oferi informații valoroase despre modul în care se formează amintirile vizuale.

„Laboratorul meu a devenit interesat dacă am putea înregistra de la suficienți neuroni din cortexul vizual pentru a înțelege ce anume își amintește șoarecele – și apoi să conectăm aceste informații la plasticitatea creierului”, a declarat autorul principal Mark Andermann, profesor de medicină la Beth Israel Deaconess Medical Center și profesor de neurobiologie la HMS.

Cum s-a desfășurat studiul

În noul studiu, cercetătorii au arătat în mod repetat șoarecilor una dintre cele două imagini, fiecare constând dintr-un model diferit de tablă de șah cu pătrate gri și pătrate albe și negre. Între imagini, șoarecii au petrecut un minut uitându-se la un ecran gri. Echipa a înregistrat simultan activitatea a aproximativ 7.000 de neuroni din cortexul vizual.

Cercetătorii au descoperit că, atunci când un șoarece se uita la o imagine, neuronii se declanșau după un model specific, iar modelele erau suficient de diferite pentru a discerne imaginea unu de imaginea doi. Mai important, atunci când un șoarece se uita la ecranul gri dintre imagini, neuronii se declanșau uneori într-un tipar similar, dar nu identic, ca atunci când șoarecele se uita la imagine, semn că acesta visa cu ochii deschiși la imagine. Aceste visări cu ochii deschiși au avut loc numai atunci când șoarecii erau relaxați, caracterizați printr-un comportament calm și pupile mici.

Mai multe vise la începutul zilei

Nu este surprinzător faptul că șoarecii au visat mai mult la cea mai recentă imagine – și au avut mai multe vise la începutul zilei decât la sfârșitul ei, când au văzut deja fiecare imagine de zeci de ori.

Dar ceea ce au descoperit cercetătorii în continuare a fost complet neașteptat.

De-a lungul zilei și de-a lungul zilelor, modelele de activitate observate atunci când șoarecii se uitau la imagini s-au schimbat – ceea ce neurologii numesc „derivă reprezentațională”. Totuși, această derivă nu a fost aleatorie. În timp, modelele asociate cu imaginile au devenit și mai diferite unele de altele, până când fiecare dintre ele a implicat un set de neuroni aproape complet separat. În mod notabil, modelul observat în timpul primelor câteva vise de zi ale unui șoarece despre o imagine a prezis ce model va deveni modelul atunci când șoarecele se va uita la imagine mai târziu.

„Există o derivă în modul în care creierul răspunde la aceeași imagine de-a lungul timpului, iar aceste primele vise de o zi pot prezice încotro se îndreaptă această derivă”, a declarat Andermann.

În cele din urmă, cercetătorii au descoperit că visele cu ochii deschiși din cortexul vizual au avut loc în același timp cu activitatea de reluare a activității din hipocampus, sugerând că cele două regiuni ale creierului comunicau în timpul acestor vise cu ochii deschiși.

Să stai, poate să visezi cu ochii deschiși

Pe baza rezultatelor studiului, cercetătorii suspectează că aceste vise cu ochii deschiși ar putea fi implicate activ în plasticitatea creierului.

„Atunci când vedeți de mai multe ori două imagini diferite, devine important să faceți distincția între ele. Constatările noastre sugerează că visarea cu ochii deschiși poate ghida acest proces prin îndepărtarea modelelor neuronale asociate celor două imagini”, a declarat Nguyen, menționând totodată că această relație trebuie confirmată.

Nguyen a adăugat că învățarea diferențierii între imagini ar trebui să ajute mouse-ul să răspundă la fiecare imagine cu mai multă specificitate în viitor.

Aceste observații se aliniază cu un număr tot mai mare de dovezi la rozătoare și la oameni, conform cărora intrarea într-o stare de veghe liniștită după o experiență poate îmbunătăți învățarea și memoria.

În continuare, cercetătorii plănuiesc să utilizeze instrumentele lor de imagistică pentru a vizualiza conexiunile dintre neuronii individuali din cortexul vizual și pentru a examina modul în care aceste conexiuni se modifică atunci când creierul „vede” o imagine.

„Urmărim acest 99 la sută de activitate cerebrală neexplorată și am descoperit că există atât de multă bogăție în cortexul vizual despre care nimeni nu știa nimic”, a spus Andermann.

Visele cu ochii deschiși la oameni

Dacă visele cu ochii deschiși la oameni implică modele similare de activitate în cortexul vizual este o întrebare deschisă, iar răspunsul va necesita experimente suplimentare. Cu toate acestea, există dovezi preliminare că un proces analog apare la oameni atunci când își amintesc imagini vizuale.

Randy Buckner, profesor de psihologie și de neuroștiințe la Universitatea Harvard, a demonstrat că activitatea cerebrală din cortexul vizual crește atunci când oamenii sunt rugați să își amintească o imagine în detaliu. Alte studii au înregistrat valuri de activitate electrică în cortexul vizual și în hipocampus în timpul unei astfel de rememorări.

Pentru cercetători, rezultatele studiului lor și ale altora sugerează că ar putea fi important să se facă loc pentru momentele de veghe liniștită care duc la visele cu ochii deschiși. Pentru un șoarece, acest lucru poate însemna să ia o pauză de la privitul unei serii de imagini, iar pentru un om, acest lucru ar putea însemna să ia o pauză de la derularea pe un smartphone.

„Suntem destul de încrezători că, dacă nu vă acordați niciodată vreun moment de repaus în stare de veghe, nu veți avea la fel de multe dintre aceste evenimente de visare cu ochii deschiși, care pot fi importante pentru plasticitatea creierului”, a declarat Andermann.