كشفت دراسة علمية حديثة أن اضطراب النشاط الكهربائي للدماغ أثناء النوم العميق قد يرتبط بتراجع القدرة على تذكر الأحداث والتجارب الشخصية مع التقدم في العمر، مشيرة إلى دور محتمل لتراكم بروتين «تاو» المرتبط بمرض ألزهايمر في التأثير على العمليات الدماغية المسؤولة عن تثبيت الذكريات.
وأوضحت الدراسة، التي أجراها باحثون في جامعة كاليفورنيا ونُشرت في دورية Nature Neuroscience، أن الذاكرة العرضية، المسؤولة عن استرجاع التجارب الشخصية مثل اليوم الأول في المدرسة أو مكان ركن السيارة، تصبح أقل كفاءة لدى بعض الأشخاص مع تقدمهم في السن، فيما لا تزال الأسباب الدقيقة لهذا التراجع غير مفهومة بالكامل.
ورصد الباحثون، بقيادة عالم الأعصاب عمر شارون وتحت إشراف الباحث ماثيو ووكر، ارتباطاً بين تراكم بروتين «تاو» في قشرة الفص الجبهي واضطراب الموجات الدماغية البطيئة التي تنشأ أثناء النوم العميق، وتسهم في ترسيخ المعلومات والذكريات الجديدة.
كيف يحفظ الدماغ الذكريات أثناء النوم؟
يمر الدماغ بمراحل مختلفة خلال النوم، أبرزها مرحلة حركة العين السريعة (REM)، التي تحدث خلالها معظم الأحلام، ومرحلة النوم غير المصحوب بحركة العين السريعة (NREM)، التي تؤدي دوراً مهماً في الحفاظ على الوظائف المعرفية وتثبيت الذاكرة.
وخلال النوم العميق، تتوقف مجموعات كبيرة من الخلايا العصبية عن النشاط لفترات وجيزة، ثم تستأنفه بصورة متناسقة، ما يؤدي إلى توليد موجات كهربائية بطيئة تنتقل عبر مناطق واسعة من الدماغ، وتنشأ عادةً من القشرة الأمامية.
وأوضح الباحثون أن انتظام انتقال هذه الموجات بين مناطق الدماغ يمثل عاملاً مهماً في معالجة الذكريات وتخزينها، بينما قد يؤدي اضطراب حركتها إلى إضعاف قدرة الدماغ على الاحتفاظ بالمعلومات المكتسبة.
اختلافات بين الشباب وكبار السن
ولفهم هذه التغيرات، استخدم الباحثون تخطيط كهربية الدماغ (EEG) لمراقبة نشاط المشاركين أثناء النوم، وقارنوا بين شباب أصحاء في أوائل العشرينات وأشخاص تتراوح أعمارهم بين منتصف الستينيات ومنتصف السبعينيات.
وأظهرت النتائج أن الموجات البطيئة لدى الشباب كانت تنتقل بصورة متناسقة عبر مسافات واسعة تعادل تقريباً عرض كف اليد على فروة الرأس، بينما أصبحت لدى كبار السن أقصر مدى وأقل انتظاماً، وتتحرك بصورة أكثر استقلالية.
واستخدم الفريق أيضاً التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) لفحص أدمغة المشاركين الأكبر سناً، بالتعاون مع الباحث ويليام جاغست، بهدف قياس تراكم بروتين «تاو» في مناطق الدماغ.
وكشفت الفحوصات أن ارتفاع مستويات البروتين في قشرة الفص الجبهي ارتبط بضعف انتشار الموجات البطيئة أثناء النوم العميق، حتى لدى أشخاص لم يُشخّصوا بمرض ألزهايمر.
اختبار الذاكرة يكشف العلاقة
ولمعرفة تأثير هذه التغيرات على الاحتفاظ بالمعلومات، طلب الباحثون من المشاركين تعلم أزواج من الكلمات المترابطة خلال المساء، ثم اختبار قدرتهم على تذكرها في صباح اليوم التالي.
وأظهرت النتائج أن الأشخاص الذين كانت موجاتهم الدماغية أقصر مدى وأقل تناسقاً، سجلوا أداءً أضعف في استرجاع الكلمات، مقارنة بمن حافظت أدمغتهم على أنماط أكثر انتظاماً أثناء النوم.
وأطلق الباحثون على هذه الأنماط غير المتصلة اسم «الموجات المنعزلة»، مشيرين إلى ارتباطها بارتفاع مستويات بروتين «تاو» وتراجع القدرة على تثبيت المعلومات الجديدة خلال الليل.
هل يرتبط ضعف الذاكرة بالعمر وحده؟
تشير الدراسة إلى أن تراجع الذاكرة مع التقدم في العمر قد لا يكون نتيجة الشيخوخة وحدها، بل ربما يرتبط أيضاً بتغيرات مرضية في المناطق الأمامية من الدماغ، تؤثر في جودة النشاط العصبي أثناء النوم العميق.
وأكد الباحث عمر شارون أن درجة انتشار التغيرات المرتبطة ببروتين «تاو» في القشرة الأمامية قد تكون عاملاً مهماً في تفسير اختلاف قدرات كبار السن على الاحتفاظ بالذكريات.
ومع ذلك، شدد الباحثون على أن النتائج تكشف ارتباطاً بين تراكم البروتين واضطراب الموجات الدماغية وضعف الذاكرة، لكنها لا تثبت وجود علاقة سببية مباشرة بينها.
ويرى الفريق البحثي أن مراقبة أنماط الموجات البطيئة أثناء النوم قد تساعد مستقبلاً على اكتشاف مؤشرات مبكرة لتراجع الذاكرة، وتطوير وسائل علاجية تستهدف حماية الوظائف المعرفية مع التقدم في العمر.
A recent scientific study has revealed that disruptions in the brain’s electrical activity during deep sleep may be linked to a decline in the ability to remember personal events and experiences with aging, indicating a potential role for the accumulation of the “tau” protein associated with Alzheimer’s disease in affecting the brain processes responsible for memory consolidation.
The study, conducted by researchers at the University of California and published in the journal Nature Neuroscience, explained that episodic memory, which is responsible for recalling personal experiences such as the first day of school or where one parked their car, becomes less efficient in some individuals as they age, while the exact reasons for this decline remain not fully understood.
The researchers, led by neuroscientist Omar Sharon and under the supervision of researcher Matthew Walker, observed a correlation between the accumulation of “tau” protein in the frontal cortex and disruptions in the slow brain waves that occur during deep sleep, which contribute to the consolidation of new information and memories.
How does the brain store memories during sleep?
The brain goes through different stages during sleep, most notably the rapid eye movement (REM) stage, during which most dreams occur, and the non-REM (NREM) stage, which plays an important role in maintaining cognitive functions and memory consolidation.
During deep sleep, large groups of neurons stop firing for brief periods and then resume activity in a coordinated manner, leading to the generation of slow electrical waves that travel across wide areas of the brain, typically originating from the frontal cortex.
The researchers explained that the regularity of these waves’ transmission between brain regions is an important factor in processing and storing memories, while disruptions in their movement may weaken the brain’s ability to retain acquired information.
Differences between young and older adults
To understand these changes, the researchers used electroencephalography (EEG) to monitor the participants’ activity during sleep, comparing healthy young individuals in their early twenties with people aged between their mid-sixties and mid-seventies.
The results showed that the slow waves in young individuals were transmitted consistently across distances nearly equivalent to the width of a hand on the scalp, while in older adults, they became shorter in range and less regular, moving more independently.
The team also used positron emission tomography (PET) to examine the brains of older participants, in collaboration with researcher William Jagust, to measure the accumulation of “tau” protein in brain regions.
Scans revealed that elevated levels of the protein in the frontal cortex were associated with weakened propagation of slow waves during deep sleep, even in individuals who had not been diagnosed with Alzheimer’s disease.
Memory tests reveal the connection
To determine the impact of these changes on information retention, the researchers asked participants to learn pairs of related words in the evening and then tested their ability to recall them the next morning.
The results indicated that individuals whose brain waves were shorter in range and less consistent performed worse in recalling the words compared to those whose brains maintained more regular patterns during sleep.
The researchers referred to these disconnected patterns as “isolated waves,” noting their association with elevated levels of “tau” protein and a decline in the ability to consolidate new information overnight.
Is memory decline linked solely to age?
The study suggests that memory decline with aging may not be solely a result of aging itself but may also be associated with pathological changes in the frontal regions of the brain that affect the quality of neural activity during deep sleep.
Researcher Omar Sharon emphasized that the degree of spread of changes related to “tau” protein in the frontal cortex could be an important factor in explaining the differences in older adults’ abilities to retain memories.
However, the researchers stressed that the findings reveal a correlation between protein accumulation, disruptions in brain waves, and memory decline, but do not establish a direct causal relationship between them.
The research team believes that monitoring patterns of slow waves during sleep may help in the future to discover early indicators of memory decline and develop therapeutic means aimed at protecting cognitive functions as one ages.