Undersøgelse kaster lys over, hvordan søvn og vågenhed regulerer hæmmende synapser

Undersøgelse kaster lys over, hvordan søvn og vågenhed regulerer hæmmende synapser

I en musemodel har forskere opdaget en ny daglig rytme i en type synapse, der dæmper hjerneaktiviteten. Disse neurale forbindelser, kendt som hæmmende synapser, er rebalanceret, så vi kan konsolidere ny information til langvarige minder under søvn. Resultaterne, offentliggjort i PLOS Biology, kunne hjælpe med at forklare, hvordan subtile synaptiske ændringer forbedrer hukommelsen hos mennesker. Undersøgelsen blev ledet af forskere ved National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS), en del af National Institutes of Health.

Hæmning er vigtig for alle aspekter af hjernens funktion. Men i over to årtier har de fleste søvnundersøgelser fokuseret på at forstå excitatoriske synapser. Dette er den første undersøgelse, der forsøger at forstå, hvordan søvn og vågenhed regulerer hæmmende synapser."

Dr. Wei Lu, hovedforsker ved NINDS

I undersøgelsen undersøger Dr. Kunwei Wu, en postdoc-forsker i Dr. Lus laboratorium, hvad der sker ved hæmmende synapser under søvn og vågenhed hos mus. Elektriske optagelser fra neuroner i hippocampus - en hjerneregion, der er vigtig for hukommelsesdannelse - afslørede et tidligere ubemærket aktivitetsmønster. Under vågenhed steg den konstante "toniske" hæmmende aktivitet, mens hurtig "fasisk" hæmning faldt. De fandt også en meget stærkere aktivitetsafhængig forbedring af hæmmende elektriske reaktioner i neuroner fra vågne mus, hvilket tyder på, at vågenhed, men ikke søvn, kan styrke disse synapser mere.

Hæmmende neuroner bruger neurotransmitteren gamma-aminosmørsyre (GABA) til at reducere aktiviteten i nervesystemet. Ved inhiberende synapser frigiver disse neuroner GABA-molekyler i den synaptiske kløft, rummet mellem neuroner, hvor neurotransmittere diffunderer. Molekylerne binder sig til GABA type A (GABAA) receptorer på overfladen af ​​tilstødende excitatoriske neuroner, hvilket gør dem mindre tilbøjelige til at affyre.

Yderligere eksperimenter viste, at de synaptiske ændringer under vågenhed blev drevet af øget antal α5-GABAA-receptorer. Når receptorerne blev blokeret i vågne mus, faldt den aktivitetsafhængige forbedring af fasiske elektriske responser. Dette tyder på, at akkumulering af GABAA-receptorer under vågenhed kan være nøglen til at opbygge stærkere, mere effektive hæmmende synapser, en fundamental proces kendt som synaptisk plasticitet.

E-bog antistoffer

Samling af de bedste interviews, artikler og nyheder fra det sidste år. Download en gratis kopi

"Når du lærer ny information i løbet af dagen, bliver neuroner bombarderet med excitatoriske signaler fra cortex og mange andre områder af hjernen. For at konvertere denne information til en hukommelse, skal du først regulere og forfine den – det er her, hæmning kommer ind," siger Dr. Lu.

Tidligere undersøgelser har vist, at synaptiske ændringer i hippocampus kan drives af signaler, der stammer fra hæmmende interneuroner, en specialiseret celletype, der kun udgør omkring 10-20% af neuroner i hjernen. Der er over 20 forskellige undertyper af interneuroner i hippocampus, men nyere undersøgelser har fremhævet to typer, kendt som parvalbumin og somatostatin, som er kritisk involveret i synapseregulering.

For at identificere, hvilket interneuron, der var ansvarlig for den observerede plasticitet, brugte Dr. Lus team optogenetik, en teknik, der bruger lys til at tænde eller slukke for celler, og fandt ud af, at vågenhed førte til flere α5-GABAA-receptorer og stærkere forbindelser af parvalbumin, men ikke somatostatin, interneuroner.

Mennesker og mus deler lignende neurale kredsløb, der ligger til grund for hukommelseslagring og andre vigtige kognitive processer. Denne mekanisme kunne være en måde for hæmmende input til præcist at kontrollere ebbe og flow af information mellem neuroner og på tværs af hele hjernenetværk.

"Hæmning er faktisk ret kraftig, fordi den tillader hjernen at fungere på en finjusteret måde, hvilket i det væsentlige ligger til grund for al opfattelse," sagde Dr. Lu.

Fordi hæmning er afgørende for næsten alle aspekter af hjernens funktion, kunne denne undersøgelse hjælpe forskere med at forstå ikke kun søvn-vågen-cyklusser, men også neurologiske lidelser, der stammer fra unormale hjernerytmer, såsom epilepsi.

For fremtiden vil Dr. Lus gruppe udforske det molekylære grundlag for GABAA-receptortransport til hæmmende synapser.

Denne undersøgelse blev delvist støttet af Intramural Research Program på NINDS.

Kilde:

National Institutes of Health

Reference:

Wu, K., et al. (2022) Søvn- og vågencyklusser modulerer dynamisk hippocampus inhiberende synaptisk plasticitet. PLOS biologi. doi.org/10.1371/journal.pbio.3001812.

.