Effect of sleep on pattern completion and pattern separation in hippocampal spatial representations

Abstract

Hipokampus je klíčovou strukturou pro prostorovou paměť a tvorbu kognitivních map. Rovněž spánek hraje důležitou roli v konsolidaci a reorganizaci hipokampálních reprezentací. Jak spánek ovlivňuje hipokampální procesy, jako pattern separation a pattern completion prostorových map během učení, však není dosud plně objasněno. V této diplomové práci jsme zaznamenávali aktivitu CA1 neuronů hipokampu u volně se pohybujících potkanů během explorace různých prostředí a během různých fází spánku. Cílem bylo zjistit, jak spánek ovlivňuje vznik, stabilitu a separaci prostorových reprezentací v hipokampu. Předběžné výsledky ukazují, že hipokampální prostorové mapy nejsou statické, ale v průběhu času se mění v závislosti na zkušenosti. Spánek byl spojen se stabilnějšími a lépe organizovanými reprezentacemi, zatímco jeho absence vedla k nižší stabilitě a slabšímu rozlišování mezi podobnými prostředími. Tyto výsledky naznačují, že spánek by mohl podporovat zpřesňování prostorového kódování během učení. Klíčová slova: hipokampus, spánek, prostorové reprezentace, buňky místa, doplňování vzorů, oddělování vzorů

The hippocampus is essential for spatial memory and the formation of cognitive maps. Also, sleep plays an important role in the consolidation and reorganization of hippocampal representations. However, how sleep influences hippocampal processes like pattern separation and pattern completion of spatial maps during learning is not fully understood. In this thesis, we recorded the activity of hippocampal CA1 neurons in freely moving rats during exploration of different environments and during different sleep sessions. The aim was to investigate how sleep contributes to the formation, stability, and separation of spatial representations in the hippocampus. The preliminary results show that hippocampal spatial maps are not fixed but change over time with experience. Sleep was associated with more stable and organized representations, while the absence of sleep was linked to weaker structure and reduced differentiation between similar environments. These findings suggest that sleep may support the refinement of hippocampal spatial coding during learning. Keywords: hippocampus, sleep, spatial representations, place cells, pattern separation, pattern completion