Studien belyser hvordan søvn og våkenhet regulerer hemmende synapser

Studien belyser hvordan søvn og våkenhet regulerer hemmende synapser

I en musemodell har forskere oppdaget en ny daglig rytme i en type synapse som demper hjerneaktiviteten. Disse nevrale forbindelsene, kjent som hemmende synapser, rebalanseres slik at vi kan konsolidere ny informasjon til langvarige minner under søvn. Funnene, publisert i PLOS Biology, kan bidra til å forklare hvordan subtile synaptiske endringer forbedrer hukommelsen hos mennesker. Studien ble ledet av forskere ved National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS), en del av National Institutes of Health.

Hemming er viktig for alle aspekter av hjernens funksjon. Men i over to tiår har de fleste søvnstudier fokusert på å forstå eksitatoriske synapser. Dette er den første studien som forsøker å forstå hvordan søvn og våkenhet regulerer hemmende synapser."

Dr. Wei Lu, hovedetterforsker ved NINDS

I studien undersøker Dr. Kunwei Wu, en postdoktor i Dr. Lus laboratorium hva som skjer ved hemmende synapser under søvn og våkenhet hos mus. Elektriske opptak fra nevroner i hippocampus – en hjerneregion som er viktig for hukommelsesdannelse – avslørte et tidligere ubemerket aktivitetsmønster. Under våkenhet økte jevn "tonisk" hemmende aktivitet mens rask "fasisk" hemming avtok. De fant også en mye sterkere aktivitetsavhengig forbedring av hemmende elektriske responser i nevroner fra våkne mus, noe som tyder på at våkenhet, men ikke søvn, kan styrke disse synapsene mer.

Hemmende nevroner bruker nevrotransmitteren gamma-aminosmørsyre (GABA) for å redusere aktiviteten i nervesystemet. Ved hemmende synapser frigjør disse nevronene GABA-molekyler i den synaptiske kløften, rommet mellom nevronene der nevrotransmittere diffunderer. Molekylene binder seg til GABA type A (GABAA)-reseptorer på overflaten av nærliggende eksitatoriske nevroner, noe som gjør dem mindre sannsynlige for å skyte.

Ytterligere eksperimenter viste at de synaptiske endringene under våkenhet ble drevet av økt antall α5-GABAA-reseptorer. Når reseptorene ble blokkert i våkne mus, ble den aktivitetsavhengige forbedringen av fasiske elektriske responser redusert. Dette antyder at akkumulering av GABAA-reseptorer under våkenhet kan være nøkkelen til å bygge sterkere, mer effektive hemmende synapser, en grunnleggende prosess kjent som synaptisk plastisitet.

E-bok antistoffer

Sammenstilling av de beste intervjuene, artikler og nyheter fra det siste året. Last ned en gratis kopi

"Når du lærer ny informasjon i løpet av dagen, bombarderes nevroner med eksitatoriske signaler fra cortex og mange andre områder av hjernen. For å konvertere denne informasjonen til et minne, må du først regulere og foredle den - det er her inhibering kommer inn," sa Dr. Lu.

Tidligere studier har vist at synaptiske endringer i hippocampus kan være drevet av signaler som stammer fra hemmende interneuroner, en spesialisert celletype som utgjør bare 10-20 % av nevronene i hjernen. Det er over 20 forskjellige undertyper av interneuroner i hippocampus, men nyere studier har fremhevet to typer, kjent som parvalbumin og somatostatin, som er kritisk involvert i synapseregulering.

For å identifisere hvilket interneuron som var ansvarlig for den observerte plastisiteten, brukte Dr. Lus team optogenetikk, en teknikk som bruker lys til å slå celler på eller av, og fant ut at våkenhet førte til flere α5-GABAA-reseptorer og sterkere forbindelser av parvalbumin, men ikke somatostatin, interneuroner.

Mennesker og mus deler lignende nevrale kretsløp som ligger til grunn for minnelagring og andre essensielle kognitive prosesser. Denne mekanismen kan være en måte for hemmende innganger til nøyaktig å kontrollere flo og strøm av informasjon mellom nevroner og på tvers av hele hjernenettverk.

"Hemming er faktisk ganske kraftig fordi den lar hjernen operere på en finjustert måte, som i hovedsak ligger til grunn for all oppfatning," sa Dr. Lu.

Fordi hemming er avgjørende for nesten alle aspekter av hjernens funksjon, kan denne studien hjelpe forskere til å forstå ikke bare søvn- og våkensykluser, men også nevrologiske lidelser som stammer fra unormale hjernerytmer, som epilepsi.

For fremtiden vil Dr. Lus gruppe utforske det molekylære grunnlaget for GABAA-reseptortransport til hemmende synapser.

Denne studien ble delvis støttet av Intramural Research Program ved NINDS.

Kilde:

National Institutes of Health

Referanse:

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

.