Általánosan elfogadott elgondolás, hogy az alvás segíti az emléknyomok rögzülését, ennek módja azonban egyelőre ismeretlen. A megoldás kulcsa részben az alvásra egyedülállóan jellemző agyi aktivitás taumányozásában rejlik.

Az alvás célját vizsgáló kutatóknak néhány évtizede ötleteik akadtak ugyan, kísérleti bizonyítékaik azonban annál kevésbé. A rendelkezésre álló adatok annyira hiányosak voltak, hogy néhány kutató még azt is kétségbe vonta, van-e egyáltalán bármiféle haszna vagy célja az alvásnak. Alan Rechtschaffen - az alváskutatás egyik úttörője - egyenesen azt állította, hogy "ha az alvásnak nincs létfontosságú szerepe, akkor az evolúció legnagyobb tévedése". Azóta számos bizonyítékát találtak a szendergés legalább egy funkciójára: alvás alatt rögzülnek ugyanis az emlényomok. Számos egybehangzó adat mutatja, hogy a memória elemei újrajátszódnak, módosulnak, stabilizálódnak és meg is erősödnek, míg mi pihenünk (alszunk).

Mindennek pontos mechanizmusa azonban a mai napig nem tisztázott. Az elképzelések két olyan jelenségen alapulnak, amelyek egyértelműen köthetőek az alvás folyamatához. Nevezetesen az ún. neuromodulátorok (olyan kémiai molekulák, amelyek befolyásolják az idegsejtek működését) szintjének változása és az agyi elektromos aktivitás jellegzetessége. Ez utóbbira közöltek szép kísérletes bizonyítékot a Nature-ban a közelmúltban: Dr. Lisa Marshall (Lübeck Egyetem) és munkatársai arra jutottak, hogy ha alvás közben mesterségesen megnövelik agyunk ún. lassú hullámú kérgi aktivitását, akkor növekszik az előző napon memorizált szópárok visszaidézésének képessége.

REM, nem-REM

Emberek estében két szakaszt különböztetünk meg alvás alatt, a REM és nem-REM (NREM) fázist. A REM-szakasz az erre a szakaszra jellemző gyors szemhéjmozgásról (Rapid Eye Movement) kapta a nevét. A REM-alvást az úgynevezett téta-hullámok jellemzik. A NREM-fázis alatt további négy szakaszt különböztetünk meg, amelyek jól jellemezhetőek az agyi elektromos aktivitást leképező EEG (electroencephalogram) -görbék alapján.

A második szakaszban jönnek az úgynevezett alvási orsók, a harmadik-negyedik szakaszban pedig a delta-hullámok lesznek jellemzőek, amelyeket együttesen lassú hullámú alvásnak is szokás nevezni. A NREM-fázis első szakasza átmeneti időszakot képvisel a tökéletes ébrenlét és az alvás között. A NREM 2-4 fázisra jellemző elektromos aktivitás erősödése és csökkenése összhangban történik az úgynevezett lassú agykérgi oszcillációval, és együttesen alakítják ki az alvásra jellemző mintázatot. Marshall kutatócsoportja pontosan ezt a mintázatot tanulmányozta.

Megfigyelések

A kutatók 16 önkéntest kértek arra, hogy lefekvés előtt tanuljanak meg 46 szópárt. Az önkéntesek koponyájára helyezett elektródákkal ezután alvás alatt mesterségesen is lassú kérgi oszcillációt idéztek elő. A kezelést követő reggeleken jobban vissza tudták idézni a memorizált szópárokat az önkéntesek, mint amikor nem kaptak mesterséges elektromos stimulációt.

A jelenséget azonban nem tapasztalták a memória minden típusa esetén. Nem volt hatásos például a motoros képességekre irányuló memória javításában, például amikor az önkéntesnek tükörből látható kép alapján kellett megjegyezni egy formát. Memóriajavulást csak szigorúan meghatározott körülmények között alkalmazott stimuláció esetén sikerült előidézni - még a szópárok tanulása esetében is. Az elektromos stimuláció frekvenciájának például meg kellett egyeznie a kérgi lassú hullámok frekvenciájával (0,75 Hz), nem volt viszont különbség, ha a REM-alvásra jellemző theta frekvencián történt (5 Hz). Ugyancsak kritikus az alkalmazott stimuláció időpontja: a kutatók csak akkor észleltek javulást a memóriában, ha az elektromos stimuláció az alvás kezdeti 45 percében történt.

A szópárokra való visszaemlékezés képességének javulása a teljes vizsgált csoportra nézve viszonylag alacsony volt: a kezelésen átesettek csak átlagosan 1,8-del több szópárra tudtak visszaemlékezni, mint a kontroll csoport tagjai. Az önkéntesek egyedi teljesítménye azonban az előző napi teljesítményükhöz viszonyítva szignifikánsan növekedett. Átlagosan 4,8-del több szópárra emlékezett az önkéntesek azon csoportja, akik éjszaka elektromos stimulációt  kaptak, míg csak 2,1-del az a csoport, akik elektromos stimulációban nem részesültek. Ez a memórianövekedés azonban valószínűleg nem tükrözi az éjszaka alatt megvalósuló tényleges javulást a memóriában, mert a másnapi teljesítmény az előző napi tanulási lecke alatti teljesítményhez hasonlították - amikor a szópárok még nincsenek tökéletesen memorizálva -, nem pedig a tanulási lecke utánihoz, ahol a legnagyobb a várt teljesítmény. Bármekkora is azonban a növekedés, úgy tűnik, hogy az alvás alatti elektromos stimuláció javítja a memóriánkat. De hogyan is történik mindez?

A kutatócsoport 4 perccel azután kezdte adni az elektromos stimulációt, hogy az önkéntes a NREM fázis 2. szakaszába lépett. Ez azt jelenti, hogy a stimuláció így 5-10 perccel azelőtt történt, hogy a páciens egyébként is a lassú hullámú alvás szakaszába lépett volna. Az elektromos stimulációt 5 perces periódusokban adták, közöttük egyperces (elektromos ingerléstől mentes) szünetekkel. A stimuláció közti szünetekben észlelt elektromos aktivitás növekedett azoknál az önkénteseknél, akik mesterséges elektromos stimulációt kaptak. Ez a növekedés majd 60%-os volt a lassú hullámú frekvenciák esetében, 51%-kal növekedett az alvásorsók frekvenciája, és 37%-kal több időt töltöttek a lassú hullámú alvás szakaszában, mint azok az önkéntesek, akik valódi elektromos ingerlést nem kaptak. Az észlelt hatások közül bármelyik megalapozhatja a memóriában tapasztalt javulást.

Az alvási orsókat és a lassú hullámú alvás szakaszát már korábban is összefüggésbe hozták az emléknyomok rögzülésével, így magától értetődő, hogy maguk az alvási orsók lennének a folyamat kulcsszereplői. Az alvási orsók hatására kalciumionok áramlanak a kérgi idegsejtekbe, ami molekuláris folyamatok beindulásához vezet, és megerősödnek az idegsejtek közötti kapcsolatok. Végeredményben ez hozzájárul az emléknyomok rögzüléséhez is. Kérdés, hogy állhat-e a neuromodulátorok szintjének változása az elektromos stimuláció által okozott változások hátterében?

További kutatások

A szerzők szerint nem. Megmérték ugyanis néhány neuromodulátor szintjét a vérben (úgymint kortizol, növekedési hormon és noradrenalin), és nem találtak különbséget a kérdéses anyagok koncentrációjában az éjszakai elektromos stimuláció hatására. Egyéb neuromodulátorokat viszont nem vizsgáltak, többek között az acetilkolint sem, amelynek szerepe ismert a memória kialakításában. Ez lényeges pont lehet, ami további vizsgálatokat igényel. Mint ahogyan korábbi vizsgálataiban már ez a kutatócsoport is rámutatott, kis mennyiségben szükséges mind a kortizol, mind az acetilkolin az alvás alatt történő memória-stabilizációhoz.

A bizonytalanságok jól mutatják, hogy még sok vizsgálatra van szükség az alvás alatti memória-stabilizáció folyamatának megértéséhez. Gyors eredmény nem várható, mivel számos faktor bonyolítja a kérdést. Többek között például az, hogy sok különböző memóriatípus létezik. A szópárok memorizálása alapvetően különbözik mondjuk a biciklizés tanulásától vagy attól a folyamattól, ahogyan visszaidézzük egy-egy hangulatunkat vagy fontos érzelmünket.

A különböző memóriatípusok stabilizációjának folyamatai ugyanakkor jól megfeleltethetőek az alvás különböző fázisainak, ezáltal az adott fázisra jellemző komponenseknek. Másrészről viszont a memória-stabilizáció események sorozata, és nem tudjuk, hogy a különböző lépések közül melyek alvásfüggőek (akár egy adott memóriatípuson belül). Végül pedig tudásunk az ébrenlét alatt történő memória-stabilizáció molekuláris és sejtes folyamatairól ugyancsak szegényes. Éppen ideje tehát, hogy az alváskutatók komolyan foglalkozzanak ezzel az alapvető problémával.