Η μελέτη ρίχνει φως στο πώς ο ύπνος και η εγρήγορση ρυθμίζουν τις ανασταλτικές συνάψεις

Η μελέτη ρίχνει φως στο πώς ο ύπνος και η εγρήγορση ρυθμίζουν τις ανασταλτικές συνάψεις

Σε ένα μοντέλο ποντικιού, οι ερευνητές ανακάλυψαν έναν νέο ημερήσιο ρυθμό σε έναν τύπο σύναψης που μειώνει την εγκεφαλική δραστηριότητα. Αυτές οι νευρικές συνδέσεις, γνωστές ως ανασταλτικές συνάψεις, εξισορροπούνται ξανά έτσι ώστε να μπορούμε να ενοποιήσουμε νέες πληροφορίες σε μακροχρόνιες αναμνήσεις κατά τη διάρκεια του ύπνου. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο PLOS Biology, θα μπορούσαν να βοηθήσουν να εξηγηθεί πώς οι λεπτές συναπτικές αλλαγές βελτιώνουν τη μνήμη στους ανθρώπους. Η μελέτη διεξήχθη από ερευνητές του Εθνικού Ινστιτούτου Νευρολογικών Διαταραχών και Εγκεφαλικού (NINDS), μέρος των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας.

Η αναστολή είναι σημαντική για κάθε πτυχή της λειτουργίας του εγκεφάλου. Αλλά για πάνω από δύο δεκαετίες, οι περισσότερες μελέτες ύπνου έχουν επικεντρωθεί στην κατανόηση των διεγερτικών συνάψεων. Αυτή είναι η πρώτη μελέτη που προσπαθεί να κατανοήσει πώς ο ύπνος και η εγρήγορση ρυθμίζουν τις ανασταλτικές συνάψεις».

Ο Δρ Wei Lu, κύριος ερευνητής στο NINDS

Στη μελέτη, ο Δρ. Kunwei Wu, ένας μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Dr. Lu, διερευνά τι συμβαίνει στις ανασταλτικές συνάψεις κατά τη διάρκεια του ύπνου και της εγρήγορσης σε ποντίκια. Ηλεκτρικές καταγραφές από νευρώνες στον ιππόκαμπο - μια περιοχή του εγκεφάλου σημαντική για το σχηματισμό της μνήμης - αποκάλυψαν ένα απαρατήρητο μοτίβο δραστηριότητας που δεν είχε παρατηρηθεί προηγουμένως. Κατά τη διάρκεια της εγρήγορσης, η σταθερή «τονωτική» ανασταλτική δραστηριότητα αυξήθηκε ενώ η ταχεία «φασική» αναστολή μειώθηκε. Βρήκαν επίσης μια πολύ ισχυρότερη εξαρτώμενη από τη δραστηριότητα ενίσχυση των ανασταλτικών ηλεκτρικών αποκρίσεων σε νευρώνες από ξύπνια ποντίκια, υποδηλώνοντας ότι η εγρήγορση, αλλά όχι ο ύπνος, μπορεί να ενισχύσει αυτές τις συνάψεις περισσότερο.

Οι ανασταλτικοί νευρώνες χρησιμοποιούν τον νευροδιαβιβαστή γάμμα-αμινοβουτυρικό οξύ (GABA) για να μειώσουν τη δραστηριότητα στο νευρικό σύστημα. Σε ανασταλτικές συνάψεις, αυτοί οι νευρώνες απελευθερώνουν μόρια GABA στη συναπτική σχισμή, τον χώρο μεταξύ των νευρώνων όπου διαχέονται οι νευροδιαβιβαστές. Τα μόρια συνδέονται με τους υποδοχείς GABA τύπου Α (GABAA) στην επιφάνεια των γειτονικών διεγερτικών νευρώνων, καθιστώντας τους λιγότερο πιθανό να πυροδοτηθούν.

Περαιτέρω πειράματα έδειξαν ότι οι συναπτικές αλλαγές κατά τη διάρκεια της εγρήγορσης οφείλονταν στον αυξημένο αριθμό υποδοχέων α5-GABAA. Όταν οι υποδοχείς μπλοκαρίστηκαν σε ξύπνια ποντίκια, η εξαρτώμενη από τη δραστηριότητα ενίσχυση των φασικών ηλεκτρικών αποκρίσεων μειώθηκε. Αυτό υποδηλώνει ότι η συσσώρευση υποδοχέων GABAA κατά τη διάρκεια της εγρήγορσης μπορεί να είναι το κλειδί για τη δημιουργία ισχυρότερων, πιο αποτελεσματικών ανασταλτικών συνάψεων, μια θεμελιώδη διαδικασία γνωστή ως συναπτική πλαστικότητα.

Αντισώματα ηλεκτρονικού βιβλίου

Συγκέντρωση των κορυφαίων συνεντεύξεων, άρθρων και ειδήσεων του περασμένου έτους. Κατεβάστε ένα δωρεάν αντίγραφο

"Καθώς μαθαίνετε νέες πληροφορίες κατά τη διάρκεια της ημέρας, οι νευρώνες βομβαρδίζονται με διεγερτικά σήματα από τον φλοιό και πολλές άλλες περιοχές του εγκεφάλου. Για να μετατρέψετε αυτές τις πληροφορίες σε μνήμη, πρέπει πρώτα να τις ρυθμίσετε και να τις βελτιώσετε - εδώ έρχεται η αναστολή", είπε ο Δρ Lu.

Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι οι συναπτικές αλλαγές στον ιππόκαμπο μπορούν να οδηγηθούν από σήματα που προέρχονται από ανασταλτικούς ενδονευρώνες, έναν εξειδικευμένο κυτταρικό τύπο που αποτελεί μόνο περίπου το 10-20% των νευρώνων στον εγκέφαλο. Υπάρχουν πάνω από 20 διαφορετικοί υποτύποι ενδονευρώνων στον ιππόκαμπο, αλλά πρόσφατες μελέτες έχουν επισημάνει δύο τύπους, γνωστούς ως παρβαλβουμίνη και σωματοστατίνη, οι οποίοι εμπλέκονται κρίσιμα στη ρύθμιση των συνάψεων.

Για να προσδιορίσει ποιος ενδονευρώνας ήταν υπεύθυνος για την παρατηρούμενη πλαστικότητα, η ομάδα του Dr. Lu χρησιμοποίησε οπτογενετική, μια τεχνική που χρησιμοποιεί φως για να ενεργοποιεί ή να απενεργοποιεί τα κύτταρα και διαπίστωσε ότι η εγρήγορση οδήγησε σε περισσότερους υποδοχείς α5-GABAA και ισχυρότερες ενώσεις παρβαλβουμίνης, αλλά όχι σωματοστατίνης, ενδονευρώνων.

Οι άνθρωποι και τα ποντίκια μοιράζονται παρόμοια νευρωνικά κυκλώματα που αποτελούν τη βάση της αποθήκευσης μνήμης και άλλων βασικών γνωστικών διεργασιών. Αυτός ο μηχανισμός θα μπορούσε να είναι ένας τρόπος για τις ανασταλτικές εισροές να ελέγχουν με ακρίβεια την άμπωτη και τη ροή πληροφοριών μεταξύ των νευρώνων και σε ολόκληρα δίκτυα του εγκεφάλου.

«Η αναστολή είναι στην πραγματικότητα αρκετά ισχυρή γιατί επιτρέπει στον εγκέφαλο να λειτουργεί με έναν ακριβή τρόπο, ο οποίος ουσιαστικά βρίσκεται κάτω από κάθε αντίληψη», είπε ο Δρ Lu.

Επειδή η αναστολή είναι απαραίτητη για σχεδόν κάθε πτυχή της λειτουργίας του εγκεφάλου, αυτή η μελέτη θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν όχι μόνο τους κύκλους ύπνου-αφύπνισης αλλά και νευρολογικές διαταραχές που προέρχονται από μη φυσιολογικούς εγκεφαλικούς ρυθμούς, όπως η επιληψία.

Για το μέλλον, η ομάδα του Dr. Lu θα διερευνήσει τη μοριακή βάση της μεταφοράς του υποδοχέα GABAA σε ανασταλτικές συνάψεις.

Αυτή η μελέτη υποστηρίχθηκε εν μέρει από το Πρόγραμμα Ενδοσχολικής Έρευνας στο NINDS.

Πηγή:

Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας

Αναφορά:

Wu, Κ., et αϊ. (2022) Οι κύκλοι ύπνου και αφύπνισης ρυθμίζουν δυναμικά την ανασταλτική συναπτική πλαστικότητα του ιππόκαμπου. PLOS βιολογία. doi.org/10.1371/journal.pbio.3001812.

.