研究揭示睡眠和清醒如何调节抑制性突触

研究揭示睡眠和清醒如何调节抑制性突触

在小鼠模型中，研究人员在一种抑制大脑活动的突触中发现了一种新的日常节律。 这些被称为抑制性突触的神经连接会被重新平衡，以便我们可以在睡眠期间将新信息巩固成持久的记忆。 该研究结果发表在《PLOS Biology》上，有助于解释微妙的突触变化如何改善人类的记忆力。 该研究由美国国立卫生研究院下属的国家神经疾病和中风研究所 (NINDS) 的研究人员领导。

抑制对于大脑功能的各个方面都很重要。 但二十多年来，大多数睡眠研究都集中在了解兴奋性突触上。 这是第一项试图了解睡眠和觉醒如何调节抑制性突触的研究。”

卢伟博士，NINDS首席研究员

在这项研究中，陆博士实验室的博士后研究员吴昆伟博士研究了小鼠睡眠和清醒期间抑制性突触的变化。 海马体（对记忆形成很重要的大脑区域）神经元的电记录揭示了一种以前未被注意到的活动模式。 在清醒期间，稳定的“强直”抑制活性增加，而快速的“阶段性”抑制活性减少。 他们还发现，清醒小鼠神经元的抑制性电反应具有更强的活动依赖性增强，这表明清醒状态（而不是睡眠状态）可能会更多地增强这些突触。

抑制性神经元利用神经递质 γ-氨基丁酸 (GABA) 来减少神经系统的活动。 在抑制性突触处，这些神经元将 GABA 分子释放到突触间隙，即神经元之间的空间，神经递质在其中扩散。 这些分子与邻近兴奋性神经元表面的 GABA A 型 (GABAA) 受体结合，从而降低它们放电的可能性。

进一步的实验表明，清醒期间的突触变化是由 α5-GABAA 受体数量增加驱动的。 当清醒小鼠的受体被阻断时，阶段性电反应的活动依赖性增强就会减弱。 这表明清醒期间 GABAA 受体的积累可能是构建更强大、更有效的抑制性突触的关键，这一基本过程被称为突触可塑性。

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“当你在白天学习新信息时，神经元会受到来自皮层和大脑许多其他区域的兴奋信号的轰炸。要将这些信息转化为记忆，你必须首先调节和完善它——这就是抑制的作用，”卢博士说。

先前的研究表明，海马体的突触变化可以由来自抑制性中间神经元的信号驱动，抑制性中间神经元是一种特殊的细胞类型，仅占大脑神经元的 10-20% 左右。 海马体中有 20 多种不同的中间神经元亚型，但最近的研究强调了两种类型，即小清蛋白和生长抑素，它们在突触调节中发挥着重要作用。

为了确定哪个中间神经元对所观察到的可塑性负责，陆博士的团队使用了光遗传学（一种利用光打开或关闭细胞的技术），发现清醒会导致更多的α5-GABAA受体和更强的小清蛋白化合物，但不会导致生长抑素、中间神经元。

人类和小鼠具有相似的神经回路，这些神经回路是记忆存储和其他基本认知过程的基础。 这种机制可能是抑制输入精确控制神经元之间和整个大脑网络信息潮起潮落的一种方式。

“抑制实际上非常强大，因为它允许大脑以微调的方式运作，这本质上是所有感知的基础，”卢博士说。

由于抑制对于大脑功能的几乎每个方面都至关重要，因此这项研究不仅可以帮助科学家了解睡眠-觉醒周期，还可以帮助科学家了解由大脑节律异常引起的神经系统疾病，例如癫痫。

未来，陆博士课题组将继续探索GABAA受体转运至抑制性突触的分子基础。

这项研究得到了 NINDS 校内研究项目的部分支持。

来源：

美国国立卫生研究院

参考：

吴，K.，等人。 (2022) 睡眠和觉醒周期动态调节海马抑制性突触可塑性。 PLOS 生物学。 doi.org/10.1371/journal.pbio.3001812 。

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