Štúdia vrhá svetlo na to, ako spánok a bdenie regulujú inhibičné synapsie

Štúdia vrhá svetlo na to, ako spánok a bdenie regulujú inhibičné synapsie

Na myšom modeli vedci objavili nový denný rytmus v type synapsie, ktorá tlmí mozgovú aktivitu. Tieto nervové spojenia, známe ako inhibičné synapsie, sú znovu vyvážené, aby sme mohli počas spánku konsolidovať nové informácie do dlhotrvajúcich spomienok. Zistenia publikované v PLOS Biology by mohli pomôcť vysvetliť, ako jemné synaptické zmeny zlepšujú pamäť u ľudí. Štúdiu viedli vedci z Národného inštitútu neurologických porúch a mŕtvice (NINDS), ktorý je súčasťou Národného inštitútu zdravia.

Inhibícia je dôležitá pre každý aspekt funkcie mozgu. Ale viac ako dve desaťročia sa väčšina štúdií spánku zameriavala na pochopenie excitačných synapsií. Toto je prvá štúdia, ktorá sa pokúša pochopiť, ako spánok a bdenie regulujú inhibičné synapsie.

Dr. Wei Lu, hlavný výskumník NINDS

V štúdii Dr. Kunwei Wu, postdoktorandský výskumník v laboratóriu Dr. Lu skúma, čo sa deje na inhibičných synapsiách počas spánku a bdenia u myší. Elektrické záznamy z neurónov v hipokampe – oblasti mozgu dôležitej pre tvorbu pamäti – odhalili predtým nepovšimnutý vzorec aktivity. Počas bdelosti sa stabilná „tonická“ inhibičná aktivita zvýšila, zatiaľ čo rýchla „fázická“ inhibícia sa znížila. Zistili tiež oveľa silnejšie od aktivity závislé zvýšenie inhibičných elektrických reakcií v neurónoch z bdelých myší, čo naznačuje, že bdelosť, ale nie spánok, môže tieto synapsie viac posilniť.

Inhibičné neuróny využívajú neurotransmiter kyselinu gama-aminomaslovú (GABA) na zníženie aktivity v nervovom systéme. Pri inhibičných synapsiách tieto neuróny uvoľňujú molekuly GABA do synaptickej štrbiny, priestoru medzi neurónmi, kde difundujú neurotransmitery. Molekuly sa viažu na receptory GABA typu A (GABAA) na povrchu susedných excitačných neurónov, čím je menej pravdepodobné, že vybuchnú.

Ďalšie experimenty ukázali, že synaptické zmeny počas bdelosti boli poháňané zvýšeným počtom a5-GABAA receptorov. Keď boli receptory zablokované u bdelých myší, zosilnenie fázových elektrických reakcií závislé od aktivity sa znížilo. To naznačuje, že akumulácia receptorov GABAA počas bdelosti môže byť kľúčom k vybudovaniu silnejších a účinnejších inhibičných synapsií, čo je základný proces známy ako synaptická plasticita.

E-Book Protilátky

Kompilácia top rozhovorov, článkov a noviniek za posledný rok. Stiahnite si bezplatnú kópiu

"Keď sa počas dňa učíte nové informácie, neuróny sú bombardované excitačnými signálmi z kôry a mnohých ďalších oblastí mozgu. Ak chcete túto informáciu premeniť na pamäť, musíte ju najskôr regulovať a spresniť - tu prichádza na rad inhibícia," povedal doktor Lu.

Predchádzajúce štúdie ukázali, že synaptické zmeny v hipokampe môžu byť riadené signálmi pochádzajúcimi z inhibičných interneurónov, špecializovaného typu buniek, ktoré tvoria len asi 10-20 % neurónov v mozgu. V hipokampe existuje viac ako 20 rôznych podtypov interneurónov, ale nedávne štúdie zdôraznili dva typy, známe ako parvalbumín a somatostatín, ktoré sa kriticky podieľajú na regulácii synapsií.

Na identifikáciu toho, ktorý interneurón bol zodpovedný za pozorovanú plasticitu, použil tím doktora Lu optogenetiku, techniku, ktorá využíva svetlo na zapnutie alebo vypnutie buniek, a zistil, že bdelosť viedla k väčšiemu počtu α5-GABAA receptorov a silnejším zlúčeninám parvalbumínu, ale nie somatostatínu, interneurónov.

Ľudia a myši zdieľajú podobné nervové obvody, ktoré sú základom ukladania pamäte a iných základných kognitívnych procesov. Tento mechanizmus by mohol byť spôsobom pre inhibičné vstupy na presné riadenie odlivu a toku informácií medzi neurónmi a cez celé siete mozgu.

"Inhibícia je v skutočnosti dosť silná, pretože umožňuje mozgu pracovať presne vyladeným spôsobom, ktorý je v podstate základom všetkého vnímania," povedal Dr. Lu.

Pretože inhibícia je nevyhnutná pre takmer každý aspekt funkcie mozgu, táto štúdia by mohla pomôcť vedcom pochopiť nielen cykly spánku a bdenia, ale aj neurologické poruchy, ktoré pramenia z abnormálnych mozgových rytmov, ako je napríklad epilepsia.

Pre budúcnosť skupina Dr. Lu preskúma molekulárny základ transportu receptora GABAA do inhibičných synapsií.

Táto štúdia bola čiastočne podporovaná Intramurálnym výskumným programom v NINDS.

Zdroj:

Národný inštitút zdravia

Referencia:

Wu, K. a kol. (2022) Cykly spánku a bdenia dynamicky modulujú hipokampálnu inhibičnú synaptickú plasticitu. biológia PLOS. doi.org/10.1371/journal.pbio.3001812.

.