Studie vrhá světlo na to, jak spánek a bdění regulují inhibiční synapse

Studie vrhá světlo na to, jak spánek a bdění regulují inhibiční synapse

Na myším modelu vědci objevili nový denní rytmus v typu synapse, která tlumí mozkovou aktivitu. Tato nervová spojení, známá jako inhibiční synapse, jsou znovu vyvážena, abychom mohli během spánku konsolidovat nové informace do dlouhotrvajících vzpomínek. Zjištění publikovaná v PLOS Biology by mohla pomoci vysvětlit, jak jemné synaptické změny zlepšují paměť u lidí. Studii vedli vědci z Národního institutu neurologických poruch a mrtvice (NINDS), který je součástí Národního institutu zdraví.

Inhibice je důležitá pro každý aspekt funkce mozku. Ale více než dvě desetiletí se většina studií spánku zaměřovala na pochopení excitačních synapsí. Toto je první studie, která se pokouší pochopit, jak spánek a bdění regulují inhibiční synapse.

Dr. Wei Lu, hlavní vyšetřovatel NINDS

Ve studii Dr. Kunwei Wu, postdoktorandský výzkumník v laboratoři Dr. Lu, zkoumá, co se děje na inhibičních synapsích během spánku a bdění u myší. Elektrické záznamy z neuronů v hipokampu – oblasti mozku důležité pro tvorbu paměti – odhalily dříve nepovšimnutý vzorec aktivity. Během bdělosti se stálá „tonická“ inhibiční aktivita zvýšila, zatímco rychlá „fázická“ inhibice se snížila. Zjistili také mnohem silnější na aktivitě závislé zvýšení inhibičních elektrických reakcí v neuronech z bdělých myší, což naznačuje, že bdění, ale ne spánek, může tyto synapse více posílit.

Inhibiční neurony využívají neurotransmiter kyseliny gama-aminomáselné (GABA) ke snížení aktivity v nervovém systému. Na inhibičních synapsích tyto neurony uvolňují molekuly GABA do synaptické štěrbiny, prostoru mezi neurony, kde difundují neurotransmitery. Molekuly se vážou na receptory GABA typu A (GABAA) na povrchu sousedních excitačních neuronů, takže je méně pravděpodobné, že vystřelí.

Další experimenty ukázaly, že synaptické změny během bdělosti byly řízeny zvýšeným počtem α5-GABAA receptorů. Když byly receptory u bdělých myší blokovány, na aktivitě závislé zesílení fázových elektrických odpovědí se snížilo. To naznačuje, že akumulace receptorů GABAA během bdělosti může být klíčem k budování silnějších a účinnějších inhibičních synapsí, což je základní proces známý jako synaptická plasticita.

E-Book Protilátky

Kompilace top rozhovorů, článků a novinek za poslední rok. Stáhněte si bezplatnou kopii

"Jak se během dne učíte nové informace, neurony jsou bombardovány excitačními signály z kůry a mnoha dalších oblastí mozku. Chcete-li tyto informace převést na paměť, musíte je nejprve regulovat a zpřesnit - zde přichází na řadu inhibice," řekl doktor Lu.

Předchozí studie ukázaly, že synaptické změny v hipokampu mohou být řízeny signály pocházejícími z inhibičních interneuronů, což je specializovaný buněčný typ, který tvoří pouze asi 10–20 % neuronů v mozku. V hippocampu existuje více než 20 různých podtypů interneuronů, ale nedávné studie zdůraznily dva typy, známé jako parvalbumin a somatostatin, které se kriticky podílejí na regulaci synapse.

K identifikaci, který interneuron byl zodpovědný za pozorovanou plasticitu, použil tým doktora Lu optogenetiku, techniku, která využívá světlo k zapínání nebo vypínání buněk, a zjistil, že bdělost vedla k většímu počtu α5-GABAA receptorů a silnějším sloučeninám parvalbuminu, ale ne somatostatinu, interneuronům.

Lidé a myši sdílejí podobné nervové obvody, které jsou základem ukládání paměti a dalších základních kognitivních procesů. Tento mechanismus by mohl být způsob, jak inhibiční vstupy přesně řídit odliv a tok informací mezi neurony a napříč celými mozkovými sítěmi.

"Inhibice je ve skutečnosti docela silná, protože umožňuje mozku pracovat přesně vyladěným způsobem, který je v podstatě základem veškerého vnímání," řekl Dr. Lu.

Protože inhibice je nezbytná pro téměř každý aspekt funkce mozku, tato studie by mohla vědcům pomoci porozumět nejen cyklům spánku a bdění, ale také neurologickým poruchám, které pramení z abnormálních mozkových rytmů, jako je epilepsie.

Do budoucna bude skupina Dr. Lu zkoumat molekulární základ transportu receptoru GABAA do inhibičních synapsí.

Tato studie byla částečně podporována programem intramurálního výzkumu v NINDS.

Zdroj:

Státní zdravotní ústav

Odkaz:

Wu, K. a kol. (2022) Cykly spánku a bdění dynamicky modulují hipokampální inhibiční synaptickou plasticitu. biologie PLOS. doi.org/10.1371/journal.pbio.3001812.

.