Tyrimas atskleidžia, kaip miegas ir budrumas reguliuoja slopinančias sinapses

Tyrimas atskleidžia, kaip miegas ir budrumas reguliuoja slopinančias sinapses

Pelės modelyje mokslininkai atrado naują dienos ritmą tam tikro tipo sinapse, kuri slopina smegenų veiklą. Šios nervinės jungtys, žinomos kaip slopinančios sinapsės, yra subalansuotos, kad miego metu galėtume konsoliduoti naują informaciją į ilgalaikius prisiminimus. Išvados, paskelbtos žurnale PLOS Biology, gali padėti paaiškinti, kaip subtilūs sinapsiniai pokyčiai pagerina žmonių atmintį. Tyrimui vadovavo Nacionalinio neurologinių sutrikimų ir insulto instituto (NINDS), priklausančio Nacionaliniams sveikatos institutams, mokslininkai.

Slopinimas yra svarbus kiekvienam smegenų funkcijos aspektui. Tačiau daugiau nei du dešimtmečius dauguma miego tyrimų buvo skirti sužadinamųjų sinapsių supratimui. Tai pirmasis tyrimas, kuriuo bandoma suprasti, kaip miegas ir budrumas reguliuoja slopinančias sinapses.

Dr. Wei Lu, NINDS vyriausiasis tyrėjas

Tyrimo metu dr. Kunwei Wu, daktaro laipsnio daktaras iš Dr. Lu laboratorijos, tiria, kas atsitinka slopinančiose sinapsėse pelių miego ir budrumo metu. Elektros įrašai iš neuronų hipokampe – atminties formavimuisi svarbioje smegenų srityje – atskleidė anksčiau nepastebėtą veiklos modelį. Pabudimo metu nuolatinis „tonizuojantis“ slopinamasis aktyvumas padidėjo, o greitas „fazinis“ slopinimas sumažėjo. Jie taip pat nustatė, kad pabudusių pelių neuronuose nuo aktyvumo priklauso daug stipresnis slopinamųjų elektrinių atsakų padidėjimas, o tai rodo, kad budrumas, bet ne miegas, gali sustiprinti šias sinapses.

Slopinamieji neuronai naudoja neurotransmiterį gama-aminosviesto rūgštį (GABA), kad sumažintų nervų sistemos aktyvumą. Slopinančiose sinapsėse šie neuronai išskiria GABA molekules į sinapsinį plyšį, tarpą tarp neuronų, kur difunduoja neurotransmiteriai. Molekulės jungiasi prie GABA tipo A (GABAA) receptorių, esančių gretimų sužadinimo neuronų paviršiuje, todėl jie mažiau užsidega.

Kiti eksperimentai parodė, kad sinapsinius pokyčius budrumo metu lėmė padidėjęs α5-GABAA receptorių skaičius. Kai pabudusių pelių receptoriai buvo užblokuoti, nuo aktyvumo priklausantis fazinių elektrinių reakcijų stiprėjimas sumažėjo. Tai rodo, kad GABA receptorių kaupimasis budrumo metu gali būti pagrindinis veiksnys kuriant stipresnes, efektyvesnes slopinančias sinapses – pagrindinį procesą, žinomą kaip sinapsinis plastiškumas.

Elektroninių knygų antikūnai

Populiariausių praėjusių metų interviu, straipsnių ir naujienų rinkinys. Atsisiųsti nemokamą kopiją

"Kai per dieną sužinosite naujos informacijos, neuronai yra bombarduojami sužadinimo signalais iš žievės ir daugelio kitų smegenų sričių. Norėdami šią informaciją paversti atmintimi, pirmiausia turite ją reguliuoti ir patobulinti – čia ir atsiranda slopinimas", – sakė daktaras Lu.

Ankstesni tyrimai parodė, kad sinaptinius hipokampo pokyčius gali lemti signalai, atsirandantys iš slopinančių interneuronų – specializuoto tipo ląstelių, kurios sudaro tik apie 10–20 % smegenų neuronų. Hipokampe yra daugiau nei 20 skirtingų interneuronų potipių, tačiau naujausi tyrimai išryškino du tipus, žinomus kaip parvalbuminas ir somatostatinas, kurie yra labai svarbūs sinapsių reguliavime.

Siekdama nustatyti, kuris interneuronas buvo atsakingas už pastebėtą plastiškumą, Dr. Lu komanda naudojo optogenetiką, techniką, kuri naudoja šviesą ląstelėms įjungti arba išjungti, ir nustatė, kad budrumas paskatino daugiau α5-GABAA receptorių ir stipresnių parvalbumino junginių, bet ne somatostatino, interneuronų.

Žmonės ir pelės turi panašias neuronines grandines, kurios yra atminties saugojimo ir kitų esminių pažinimo procesų pagrindas. Šis mechanizmas galėtų būti būdas slopinantiems įvestims tiksliai kontroliuoti informacijos srautą tarp neuronų ir per visą smegenų tinklą.

„Slopinimas iš tikrųjų yra gana galingas, nes leidžia smegenims veikti tiksliai, o tai iš esmės yra viso suvokimo pagrindas“, – sakė daktaras Lu.

Kadangi slopinimas yra būtinas beveik kiekvienam smegenų funkcijos aspektui, šis tyrimas gali padėti mokslininkams suprasti ne tik miego ir pabudimo ciklus, bet ir neurologinius sutrikimus, kylančius dėl nenormalaus smegenų ritmo, pavyzdžiui, epilepsiją.

Ateityje dr. Lu grupė tirs GABA receptorių transportavimo į slopinančias sinapses molekulinį pagrindą.

Šį tyrimą iš dalies palaikė NINDS Intramural tyrimų programa.

Šaltinis:

Nacionaliniai sveikatos institutai

Nuoroda:

Wu, K. ir kt. (2022) Miego ir pabudimo ciklai dinamiškai moduliuoja hipokampo slopinamąjį sinapsinį plastiškumą. PLOS biologija. doi.org/10.1371/journal.pbio.3001812.

.