新しい研究により、ノンレム睡眠が脳の活動を同期させ、認知能力を高める仕組みが明らかになりました。この発見は、睡眠障害の新たな治療法や脳力を高める方法につながる可能性があります。
ライス大学、ヒューストン・メソジスト神経システム修復センター、ウェイル・コーネル医科大学の研究者らは、ノンレム睡眠（NREM睡眠）が認知機能を改善する方法について画期的な発見を発表した。この研究は、 公表 サイエンス誌に掲載されたこの論文は、脳の同期と情報の符号化においてノンレム睡眠が果たす重要な役割を明らかにしています。
「私たちの研究は、睡眠が認知機能に果たす役割についてのメカニズム的理解を深めるだけでなく、特定の脳刺激パターンが睡眠のメリットの一部を代替できることを示すことで、新たな境地を切り開きました」と、ライス大学ローズマリー校の電気・コンピュータ工学教授で、ヒューストン・メソジスト大学のダニエル・J・ハリソン3世神経補綴学大統領特別教授、ウェイル・コーネル大学の神経科学教授でもある共著者のヴァレンティン・ドラゴイ氏は述べた。 ニュースリリース.
この研究は、浅い睡眠や昼寝中によく見られるノンレム睡眠が、神経細胞や行動のパフォーマンスを高める仕組みを実証しています。この新たな知見は、睡眠障害の治療や認知機能の向上に対する私たちのアプローチに革命をもたらす可能性があります。
研究チームは、高度なマルチ電極アレイを使用して、視覚識別課題に取り組むマカクザルの神経活動を監視しました。その結果、動物が回転した画像をより正確に識別するなど、ノンレム睡眠後の課題パフォーマンスが大幅に向上したことが示されました。
「睡眠中、低周波デルタ波活動の増加と、異なる皮質領域にわたるニューロン間の同期発火を観察しました」と、ドラゴイ研究室の元研究者で、現在はコーネル大学ウェイル校の神経外科研修医である筆頭著者のナターシャ・カラス氏はニュースリリースで述べた。「しかし、睡眠後、ニューロン活動は睡眠前に比べて非同期になり、ニューロンはより独立して発火するようになりました。この変化により、情報処理の精度と視覚タスクのパフォーマンスが向上しました。」
さらに、この研究では、視覚皮質の低周波電気刺激を使用して睡眠の神経効果を人工的にシミュレートすると、作業パフォーマンスも向上することが明らかになりました。これは、睡眠の認知的利点が実際の睡眠なしでも再現される可能性があることを示唆しています。
「この発見は、睡眠の回復効果やパフォーマンス向上効果の一部が、実際に眠る必要がなくても得られる可能性があることを示唆しており、意義深いものです」とドラゴイ氏は付け加えた。「覚醒状態で睡眠のような神経脱同期を再現する能力は、睡眠障害のある人や宇宙探査などの特別な状況など、睡眠が不可能な状況で認知能力や知覚能力を向上させる新たな可能性を切り開きます。」
研究では、神経ネットワーク モデルを通じてこの現象をさらに調査し、睡眠中に興奮性脳接続と抑制性脳接続の両方が弱まることを明らかにしました。この非対称的な弱体化により神経興奮が促進され、脳機能が最適化されます。
「私たちは、睡眠後に脳が採用する驚くべき解決策を発見しました。それは、睡眠中に同期入力を受けているにもかかわらず、タスクに参加している神経集団が睡眠後に同期レベルを下げるというものです」とドラゴ氏は付け加えた。
最終的に、この研究は、NREM睡眠のメカニズムを解明するだけでなく、睡眠とは無関係に認知能力を高めることができる革新的な脳刺激療法への道を開くものでもあります。
この研究は神経科学における大きな前進であり、医療と宇宙探査のような高ストレス環境の両方での将来の応用が期待されます。