مغز مهارت‌های حرکتی را هنگام خواب بدون کمک هیپوکامپ بازپخش می‌کند

پژوهشی جدید روی موش‌ها نشان می‌دهد مغز می‌تواند برخی مهارت‌های حرکتی را هنگام خواب، بدون دریافت کمک مستقیم از هیپوکامپ، دوباره فعال کند. این یافته دیدگاه رایج درباره نقش هیپوکامپ در تحکیم همه انواع حافظه را به چالش می‌کشد و نشان می‌دهد سیستم‌های مختلف حافظه ممکن است بخشی از فرایند تثبیت اطلاعات را به‌صورت مستقل انجام دهند.

بازپخش عصبی چیست؟

مغز هنگام خواب کاملاً غیرفعال نمی‌شود. برخی الگوهای فعالیت عصبی که در زمان بیداری و هنگام یادگیری شکل گرفته‌اند، دوباره در شبکه‌های مغزی ظاهر می‌شوند. دانشمندان این پدیده را «بازپخش عصبی» می‌نامند.

بازپخش می‌تواند یکی از سازوکارهای مهم تحکیم حافظه باشد. به بیان ساده، مغز پس از پایان یک تجربه ممکن است الگوهای عصبی مرتبط با آن تجربه را دوباره فعال کند تا تغییرات ایجادشده در جریان یادگیری پایدارتر شوند.

تا پیش از این، بسیاری از مدل‌های علمی نقش مهمی برای هیپوکامپ در این فرایند در نظر می‌گرفتند. هیپوکامپ ساختاری در عمق مغز است که در شکل‌گیری و پردازش بسیاری از انواع حافظه، به‌ویژه حافظه رویدادی و فضایی، نقش دارد.

آیا همه انواع حافظه به هیپوکامپ وابسته‌اند؟

حافظه یک سیستم واحد نیست. دانشمندان معمولاً میان حافظه آشکار یا اعلانی و حافظه رویه‌ای تفاوت می‌گذارند.

حافظه اعلانی به یادآوری اطلاعات، رویدادها و تجربه‌هایی مربوط می‌شود که فرد می‌تواند آن‌ها را آگاهانه به خاطر بیاورد. در مقابل، حافظه رویه‌ای به یادگیری مهارت‌ها و عادت‌هایی مربوط است که فرد آن‌ها را از طریق تمرین به دست می‌آورد؛ برای مثال، دوچرخه‌سواری یا اجرای یک حرکت حرکتی پیچیده.

پژوهش‌های قبلی نشان داده‌اند که یادگیری مهارت‌های رویه‌ای می‌تواند تا حد زیادی به شبکه‌هایی در جسم مخطط یا استریاتوم وابسته باشد. با این حال، هنوز مشخص نبود که آیا بازپخش چنین مهارت‌هایی هنگام خواب نیز به فعالیت هیپوکامپ نیاز دارد یا خیر.

پژوهشگران چه آزمایشی انجام دادند؟

تیم پژوهشی به سرپرستی اِمت تامپسون و لارس رولیک در دانشگاه کالج لندن، یک تکلیف حرکتی چندمرحله‌ای برای موش‌ها طراحی کرد.

موش‌ها باید برای دریافت پاداش آب، بینی خود را به ترتیب مشخصی وارد پنج دریچه می‌کردند. حیوانات با تمرین، این ترتیب را به خاطر سپردند و به‌تدریج حرکات خود را با سرعت و دقت بیشتری انجام دادند.

الگوی حرکتی حیوانات نیز با افزایش تمرین منظم‌تر شد. این تغییر به پژوهشگران نشان داد که موش‌ها فقط یک حرکت ساده را تکرار نمی‌کردند، بلکه یک مهارت رویه‌ای چندمرحله‌ای را یاد می‌گرفتند.

استریاتوم چه نقشی در یادگیری داشت؟

پژوهشگران ابتدا نقش بخش پشتی‌ـ‌جانبی استریاتوم یا dorsolateral striatum را بررسی کردند. این ناحیه در یادگیری عادت‌ها، کنترل حرکات و پردازش پیامدهای رفتاری نقش دارد.

وقتی پژوهشگران این ناحیه را در گروهی از موش‌ها غیرفعال کردند، حیوانات نتوانستند توالی حرکتی را مانند گروه کنترل یاد بگیرند. حرکات آن‌ها نیز نظم و هماهنگی کمتری داشت.

این نتیجه نشان داد که استریاتوم پشتی برای یادگیری و اجرای این مهارت حرکتی اهمیت دارد.

خواب چگونه به تثبیت مهارت کمک کرد؟

پس از یادگیری، پژوهشگران فعالیت سلول‌های عصبی استریاتوم را هنگام بیداری و خواب ثبت کردند. آن‌ها از الگوهای فعالیت نورون‌ها برای شناسایی توالی‌های عصبی مرتبط با اجرای مهارت استفاده کردند.

در زمان خواب، همان توالی‌های عصبی دوباره ظاهر شدند. نورون‌ها تقریباً همان ترتیبی را دنبال کردند که هنگام اجرای واقعی تکلیف داشتند.

این بازپخش همیشه با سرعت طبیعی اتفاق نمی‌افتاد. بعضی توالی‌ها بسیار سریع‌تر از زمان واقعی اجرای حرکت فعال شدند و گاهی فعالیت عصبی در زمانی بسیار کوتاه فشرده شد. بازپخش در جهت رو به جلو و معکوس نیز مشاهده شد.

مغز هنگام خواب کدام تجربه‌ها را بیشتر بازپخش کرد؟

بازپخش عصبی تصادفی نبود. مغز بیشتر توالی‌هایی را دوباره فعال کرد که با تکلیف حرکتی ارتباط داشتند.

توالی‌های مرتبط با پاداش نیز سهم بیشتری از بازپخش را به خود اختصاص دادند. علاوه بر این، نورون‌هایی که هنگام اجرای مهارت در طول روز فعالیت پایدارتر و منظم‌تری داشتند، احتمال بیشتری داشت که در بازپخش شبانه نیز حضور پیدا کنند.

این الگو نشان می‌دهد مغز در زمان خواب ممکن است برخی بخش‌های تجربه روزانه را نسبت به سایر فعالیت‌ها در اولویت قرار دهد.

آیا بازپخش با عملکرد بهتر در روز بعد ارتباط داشت؟

یکی از یافته‌های مهم پژوهش به عملکرد بعدی موش‌ها مربوط می‌شود.

بازپخش‌های رو به جلو که نورون‌های فعال و پایدار در زمان اجرای مهارت را دربر می‌گرفتند، با بهبود عملکرد حرکتی در روز بعد ارتباط داشتند. بنابراین، محتوای بازپخش شبانه فقط یک اثر جانبی فعالیت مغز نبود و می‌توانست اطلاعاتی درباره عملکرد بعدی حیوان ارائه کند.

با این حال، این ارتباط به‌تنهایی ثابت نمی‌کند که بازپخش عصبی مستقیماً باعث بهبود عملکرد شده است. برای اثبات چنین رابطه‌ای باید بتوان بازپخش را به‌طور انتخابی مختل کرد و سپس تغییر عملکرد را سنجید.

نقش هیپوکامپ چه شد؟

مهم‌ترین بخش پژوهش زمانی آغاز شد که تیم تحقیق هیپوکامپ موش‌ها را به‌طور گسترده و دوطرفه از کار انداخت.

اگر هیپوکامپ نقش فرمانده مرکزی بازپخش را داشته باشد، انتظار می‌رود حذف آن بازپخش مهارت حرکتی را مختل کند. اما نتایج چنین الگویی را نشان ندادند.

موش‌هایی که هیپوکامپ آن‌ها آسیب دیده بود، توانستند تکلیف پنج‌مرحله‌ای را تقریباً مانند موش‌های سالم یاد بگیرند. سرعت و دقت عملکرد آن‌ها نیز تفاوت مهمی با گروه کنترل نداشت.

بازپخش عصبی حتی بدون هیپوکامپ ادامه پیدا کرد

پژوهشگران پس از ایجاد ضایعه در هیپوکامپ، فعالیت نورون‌های استریاتوم را هنگام خواب ثبت کردند.

نتیجه بسیار قابل توجه بود: توالی‌های عصبی مرتبط با مهارت همچنان در زمان خواب دوباره فعال شدند. ویژگی‌های اصلی بازپخش نیز تغییر چشمگیری نکردند.

توالی‌ها همچنان در جهت رو به جلو و معکوس ظاهر شدند، با سرعت‌های متفاوت پیش رفتند و نورون‌هایی را درگیر کردند که هنگام اجرای مهارت در بیداری فعالیت منظم‌تری داشتند. بازپخش همچنین در مراحل مختلف خواب، از جمله خواب NREM و REM، دیده شد.

این یافته نشان می‌دهد استریاتوم برای بازپخش مهارت رویه‌ای، الزاماً به هیپوکامپ وابسته نیست.

آیا هیپوکامپ کاملاً از فرایند کنار گذاشته شد؟

نه. یافته‌ها به معنای بی‌اهمیت بودن هیپوکامپ در تمام انواع یادگیری حرکتی نیستند.

برخی مهارت‌های حرکتی به اطلاعات فضایی یا زمینه‌ای وابستگی زیادی دارند. در چنین شرایطی، هیپوکامپ می‌تواند همچنان نقش مهمی داشته باشد.

مطالعه حاضر فقط یک نوع مهارت حرکتی را در موش‌ها بررسی کرد؛ بنابراین نمی‌توان نتیجه گرفت که تمام انواع حافظه رویه‌ای در همه شرایط بدون هیپوکامپ تثبیت می‌شوند. نویسندگان نیز بر همین محدودیت تأکید کرده‌اند.

این یافته چه چیزی درباره نظریه تحکیم سیستم‌ها می‌گوید؟

یکی از دیدگاه‌های شناخته‌شده در علوم اعصاب، «نظریه تحکیم سیستم‌ها» است. این نظریه نقش مهمی برای هیپوکامپ در سازمان‌دهی فرایند تثبیت حافظه در نظر می‌گیرد.

بر اساس این دیدگاه، فعالیت‌های مربوط به تجربه‌های تازه می‌توانند در خواب دوباره فعال شوند و هیپوکامپ در هماهنگی این فرایند با سایر شبکه‌های مغزی نقش داشته باشد.

پژوهش جدید تصویر پیچیده‌تری ارائه می‌کند. یافته‌ها نشان می‌دهند سیستم‌های مختلف حافظه ممکن است شبکه‌های بازپخش مستقل خود را داشته باشند و هر شبکه بتواند بخشی از فرایند تحکیم را بدون فرمان مستقیم هیپوکامپ انجام دهد.

آیا مغز چند سیستم مستقل برای تحکیم حافظه دارد؟

نتایج پژوهش با ایده وجود «سیستم‌های موازی حافظه» هماهنگ است. بر اساس این دیدگاه، مغز برای انواع مختلف یادگیری به شبکه‌های متفاوتی تکیه می‌کند و هر شبکه می‌تواند سازوکارهای خاص خود را برای تثبیت اطلاعات داشته باشد.

در این چارچوب، بازپخش عصبی ممکن است یک سازوکار مشترک میان چند سیستم حافظه باشد، اما منبع ایجاد بازپخش در هر سیستم لزوماً یکسان نیست.

برای حافظه رویه‌ای، استریاتوم می‌تواند بخشی از این فرایند را به‌صورت مستقل انجام دهد؛ در حالی که حافظه‌های وابسته به هیپوکامپ همچنان از شبکه‌های متفاوتی استفاده می‌کنند.

پاداش چه نقشی در بازپخش داشت؟

پژوهشگران دریافتند پیامدهای رفتاری می‌توانند بر محتوای بازپخش تأثیر بگذارند.

توالی‌های مرتبط با پاداش بیشتر در بازپخش ظاهر شدند، در حالی که پیامدهای منفی الگوهای متفاوتی ایجاد کردند. این موضوع نشان می‌دهد مغز فقط ترتیب حرکات را ذخیره نمی‌کند؛ بلکه ممکن است نتیجه و ارزش هر تجربه را نیز هنگام بازپخش در نظر بگیرد.

یکی از پرسش‌های مهم آینده این است که انتقال‌دهنده عصبی دوپامین چگونه با بازپخش استریاتوم تعامل می‌کند. دوپامین هم با پردازش پاداش و هم با تحکیم برخی انواع یادگیری ارتباط دارد و پژوهشگران می‌خواهند نقش آن را در این سازوکار دقیق‌تر بررسی کنند.

آیا این یافته در انسان هم صدق می‌کند؟

هنوز نمی‌توان با اطمینان چنین نتیجه‌ای گرفت.

مطالعه حاضر روی موش‌ها انجام شد و شرایط آزمایش نیز به یک تکلیف حرکتی مشخص محدود بود. مغز انسان ساختار پیچیده‌تری دارد و یادگیری مهارت‌های حرکتی در انسان می‌تواند به شبکه‌های گسترده‌تری وابسته باشد.

البته مطالعات قبلی در انسان نیز شواهدی از بازپخش الگوهای حرکتی هنگام خواب پیدا کرده‌اند. یک مطالعه انسانی در سال ۲۰۲۲، برای مثال، بازپخش فعالیت مرتبط با یک مهارت حرکتی را در قشر حرکتی هنگام خواب گزارش کرد. با این حال، مطالعه جدید پرسش متفاوتی را بررسی می‌کند و نشان می‌دهد استریاتوم می‌تواند چنین بازپخشی را بدون هیپوکامپ ایجاد کند.

پژوهش چه محدودیت‌هایی داشت؟

مهم‌ترین محدودیت مطالعه، انجام آزمایش‌ها روی موش‌هاست. بنابراین برای تعمیم مستقیم یافته‌ها به انسان باید شواهد بیشتری به دست آید.

همچنین پژوهشگران فقط یک تکلیف حرکتی چندمرحله‌ای را بررسی کردند. مشخص نیست آیا همین استقلال از هیپوکامپ در مهارت‌های حرکتی پیچیده‌تر یا مهارت‌هایی که به موقعیت مکانی وابستگی بیشتری دارند نیز مشاهده می‌شود.

از سوی دیگر، پژوهشگران نشان دادند بازپخش با عملکرد بعدی ارتباط دارد، اما هنوز نقش علّی آن را به‌طور مستقیم ثابت نکرده‌اند. مطالعه آینده باید بتواند بازپخش استریاتوم را به شکل انتخابی مختل کند و سپس اثر آن را بر یادگیری و عملکرد بسنجد.

پژوهش‌های آینده چه چیزی را بررسی خواهند کرد؟

یکی از مهم‌ترین پرسش‌ها این است که استریاتوم چگونه بدون هیپوکامپ بازپخش را آغاز و سازمان‌دهی می‌کند.

دوپامین یکی از گزینه‌های مهم برای بررسی است. پژوهشگران می‌خواهند مشخص کنند آیا آزادسازی دوپامین در زمان خواب با محتوای بازپخش ارتباط دارد و آیا این ارتباط به تثبیت مهارت کمک می‌کند.

پژوهشگران همچنین باید بررسی کنند که آیا شبکه‌های دیگر مغز نیز می‌توانند بازپخش مستقل ایجاد کنند. پاسخ به این پرسش می‌تواند تصویر دقیق‌تری از نحوه سازمان‌دهی حافظه در زمان خواب ارائه دهد.

جمع‌بندی

مطالعه جدید نشان می‌دهد مغز موش‌ها می‌تواند مهارت‌های رویه‌ای را هنگام خواب در استریاتوم بازپخش کند، حتی زمانی که هیپوکامپ به‌طور گسترده آسیب دیده است. این بازپخش ساختارمند بود و توالی‌های مرتبط با تکلیف و پاداش را بیشتر دربر می‌گرفت.

نتایج نشان می‌دهند تحکیم حافظه احتمالاً یک فرایند کاملاً متمرکز و وابسته به یک «مرکز فرماندهی» واحد نیست. سیستم‌های مختلف حافظه ممکن است شبکه‌های مستقلی برای بازپخش و تثبیت اطلاعات داشته باشند.

با این حال، هنوز نمی‌توان این یافته را به تمام انواع حافظه یا مغز انسان تعمیم داد. مطالعات آینده باید نقش بازپخش استریاتوم را در انسان و سایر انواع مهارت‌های حرکتی بررسی کنند تا مشخص شود این سازوکار تا چه اندازه در مغز انسان نیز وجود دارد.

شناسنامه و منبع مقاله علمی

عنوان اصلی مقاله: Replay of procedural memory is independent of the hippocampus

نویسندگان: Emmett J. Thompson، Lars B. Rollik، Benjamin Waked، Georgina Mills، Sthitapranjya Pati، Jasvin Kaur، Ben Geva، Haoyu Li، Rodrigo Carrasco-Davis، Tom George، Clementine Domine، William Dorrell و Marcus Stephenson-Jones.

مرجع و مجله: Nature Neuroscience، جلد ۲۹، شماره ۹، صفحات ۲۲۳۷ تا ۲۲۴۸، سال ۲۰۲۶.

تاریخ انتشار مقاله علمی: ۲۳ ژوئیه ۲۰۲۶.

شماره ثبت مقاله: PMID: 42493550 | PMCID: PMC13533836 | DOI: 10.1038/s41593-026-02362-5.

لینک دسترسی مستقیم به مقاله علمی: مقاله کامل در Nature Neuroscience

منبع خبر: PsyPost، با عنوان «Brain replays motor skills during sleep without help from the memory center»، نوشته Karina Petrova، منتشرشده در ۸ اکتبر ۲۰۲۶.

منبع اصلی خبر: PsyPost – Brain replays motor skills during sleep without help from the memory center