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小鼠研究显示,睡眠有助于重新校准负责学习和

2019-05-06 20:18:37 医疗设备148℃

  小鼠研究显示,睡眠有助于重新校准负责学习和记忆的脑细胞

  2017年2月3日

  研究老鼠,约翰霍普金斯大学的科学家已经证实,睡眠的一个关键目的是重新校准负责学习和记忆的脑细胞,这样动物就可以“固化”。吸取经验教训并在他们醒来时使用它们 - 对于夜间老鼠,第二天晚上。

  约翰斯·霍普金斯大学医学院的所有研究人员也报告说他们已经发现了几种重要的分子来控制重新校准过程,以及睡眠剥夺,睡眠障碍和安眠药可能干扰这一过程的证据。

  “我们的研究结果坚定地推进了这样一种观点,即鼠标和人类大脑只能在需要重新校准之前存储大量信息”。领导这项研究的博士后研究员Graham Diering博士说。 “没有睡眠和在睡眠期间进行的重新校准,记忆就有丢失的危险。”

  他们的研究摘要将于2月3日在线发表在“科学”杂志上。

  迪尔解释说,目前对学习的科学理解表明信息是“包含”的。在突触中,它们之间通信的神经元之间的联系。

  在“发送方”上在突触中,称为神经递质的信号分子被脑细胞释放,因为它“发射”;在“接收方”,这些分子被受体蛋白捕获,其通过“信息”传递。沿。如果一个细胞通过其突触接收到足够的输入,它就会激活它自己的神经递质。

  

  更具体地,动物实验已经表明接受神经元上的突触可以通过添加或去除受体蛋白来切换,从而加强或削弱它们并允许接收神经元从附近的信号传导神经元接收更多或更少的输入。

  科学家们相信记忆是通过这些突触变化来编码的。 Diering说,但这种想法有一个障碍,因为当老鼠和其他哺乳动物清醒时,整个大脑的突触往往会加强而不是削弱,从而将系统推向最大负荷。当神经元被“最大化”时他们不断开火,失去了传递信息,阻碍学习和记忆的能力。

  神经元通常不会最大化的一个可能原因是在实验室培养的神经元中进行了充分研究但在活体动物中没有睡眠或清醒的过程。被称为稳态缩小,它是一个过程,它将神经网络中的突触均匀地削弱一小部分,使其相对强度保持完整,并允许学习和记忆形成继续。

  为了确定该过程是否确实发生在睡眠哺乳动物中,Diering专注于负责学习和记忆的小鼠大脑区域:海马和皮质。他在睡眠和清醒小鼠中从接受突触中纯化蛋白质,寻找在缩小期间在实验室培养的细胞中看到的相同变化。

  结果显示,与清醒的小鼠相比,睡眠小鼠的受体蛋白水平下降了20%,表明它们的突触整体减弱。

  “这是活体动物体内平衡缩小的第一个证据,” Richard Huganir博士,神经科学教授,神经科学系主任,该研究的主要作者。 “这表明突触在整个小鼠大脑中每12小时重建一次,这是非常了不起的。”

  为了明确了解哪些分子导致这种现象,研究小组转向了一种叫做Homer1a的蛋白质,1997年由神经科学教授Paul Worley发现,他也是开展新研究的团队的一员。研究表明,Homer1a--以古希腊作家和科学“奥德赛”命名。需要识别它 - 对于睡眠和觉醒的调节以及实验室培养的神经元中的稳态缩小非常重要。

  重复他之前对突触蛋白的分析,Diering确实发现Homer1a的水平要高得多 - 在睡眠小鼠的突触中比清醒小鼠多250%。在失去Homer1a的基因工程小鼠中,先前与睡眠相关的突触受体蛋白的减少不再存在。

  为了理清Homer1a在小鼠睡觉或清醒时的感觉,研究人员研究了去甲肾上腺素的神经递质,它驱使大脑进行唤醒和清醒。通过阻断或增强去甲肾上腺素水平,在实验室培养的神经元和小鼠中,研究人员证实,当去甲肾上腺素水平高时,Homer1a远离突触;当它很低时,就收集在那里。

  相关故事KU教授讨论了计算机界面辅助,恢复沟通的前景研究提出致命脑癌的新治疗策略新的婴儿脑图可能有助于早期诊断孤独症直接测试Homer1a的位置是否与睡眠有关,团队让老鼠保持清醒把它们放在一个不熟悉的笼子里再加上四个小时。然后有些人得到了两个半小时的“恢复睡眠”。正如预测的那样,睡眠剥夺小鼠的接受突触中的Homer1a水平远高于恢复睡眠的小鼠。 Diering说,这表明Homer1a对动物的“睡眠需求”非常敏感。不仅仅是一天中的什么时间。

  Diering强调睡眠需求是由腺苷控制的,腺苷是一种化学物质,当动物保持清醒时会积聚在大脑中,引起嗜睡。 (咖啡因,世界上消费最广泛的精神活性药物,直接干扰腺苷。)当小鼠在睡眠剥夺期间服用阻断腺苷的药物时,Homer1a水平的突触不再增加。

  “我们认为Homer1a是各种交通警察,”胡加尼说。 “它评估去甲肾上腺素和腺苷的水平,以确定大脑何时足够安静以开始按比例缩小。”

  作为他们假设的最终测试,即在睡眠期间按比例缩小对于学习和记忆至关重要,研究人员测试了老鼠的学习能力而不缩小。将个体小鼠置于不熟悉的场所,并在他们醒来之前或在他们入睡之前进行轻度电击。然后一些老鼠接受了已知可防止缩小的药物。

  当一只未经咬合的小鼠在睡眠前受到电击时,它的大脑就会经历缩小规模的过程,并形成了该场所与震动之间的联系。当放置在同一个舞台上时,那些老鼠花了大约25%的时间一动不动,因为害怕再次震惊。当他们被放置在一个不同的陌生舞台上时,他们有时会僵住,但只有9%的时间在那里,可能是因为他们相对较好地讲述了两个不熟悉的竞技场之间的区别。

  期待在睡眠期间无法缩小的吸毒小鼠会有较弱的记忆,因此冻结的次数比未老化的老鼠少,Diering感到惊讶的是,当他们回到竞技场时他们感到震惊,他们一动不动(40%的时间)。但是,在新的竞技场中,吸毒的老鼠也一动不动(占他们时间的13%)。当小鼠醒来后给予休克时,药物在任何一个场地中小鼠冻结的时间没有差别,证实缩小仅在睡眠期间发生。

  “我们认为药物老鼠的休克记忆力更强,因为它们的突触不能缩小,但各种其他记忆也保持强烈,因此老鼠感到困惑,无法轻易区分这两个竞技场,"迪尔恩说。 “这说明了为什么睡在它上可以真正澄清你的想法。”

  “底线”,他说,“睡眠并不是大脑真正的停工期。当时有重要的工作要做,发达国家的人们通过吝啬来缩短自己。“

  Huganir说睡眠仍然是一个很大的谜。 “在这项研究中,我们只研究了睡眠期间大脑的两个区域发生了什么。在其他领域和整个机构中可能发生同样重要的过程,就此而言,“他补充道。

  需要进一步探索的事件包括学习和记忆如何受到睡眠障碍和其他已知会扰乱人类睡眠的疾病的影响,如阿尔茨海默病和孤独症。 Huganir还表示,苯二氮嗪和其他通常用作镇静剂的药物,如肌肉松弛剂和其他助眠剂,可以防止体内平衡缩小,并可能干扰学习和记忆,尽管这个想法尚未通过实验测试。

  来源:HTTPS://www.hopkinsmedicine.org/news/media/releases/sleep_deprivation_handicaps_the_brains_ability_to_form_new_memories_study_in_mice_shows

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