Ученые открыли новый ежедневный ритм, дающий представление о том, как точно настраивается активность мозга
Концепция Тайны Счастья Сознания Допамина Человеческого Мозга

Исследование на мышах проливает свет на то, как точно настраивается мозговая активность.

Новое исследование исследует, как новая информация проходит через цикл сна-бодрствования.

Исследователи обнаружили новый суточный ритм в своего рода синапсе, который ослабляет мозговую активность, используя модель мыши. Эти нейронные связи, известные как тормозные синапсы, восстанавливаются, когда мы спим, что позволяет нам объединять новую информацию в длительные воспоминания. Результаты, опубликованные в журнале PLOS Biology , могут помочь объяснить, как тонкие синаптические изменения улучшают память у людей. Исследователи из Национального института неврологических расстройств и инсульта (NINDS), который является частью Национального института здоровья, возглавили исследование.

«Торможение важно для каждого аспекта работы мозга. Но на протяжении более двух десятилетий большинство исследований сна были сосредоточены на изучении возбуждающих синапсов», — сказал доктор Вей Лу, старший исследователь NINDS. «Это своевременное исследование, чтобы попытаться понять, как сон и бодрствование регулируют пластичность тормозных синапсов».

Кунвэй Ву, доктор философии, научный сотрудник лаборатории доктора Лу, исследовал, что происходит в тормозных синапсах у мышей во время сна и бодрствования. Электрические записи нейронов гиппокампа, области мозга, участвующей в формировании памяти, выявили неизвестный ранее паттерн активности. В состоянии бодрствования устойчивая «тоническая» тормозная активность возрастала, а быстрое «фазовое» торможение уменьшалось. Они также обнаружили гораздо более сильное зависящее от активности усиление тормозных электрических ответов в бодрствующих нейронах мыши, предполагая, что бодрствование, а не сон, может усиливать эти синапсы в большей степени.

Тормозные нейроны используют нейромедиатор гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК) для снижения активности нервной системы. Эти нейроны выделяют молекулы ГАМК в синаптическую щель, пространство между нейронами, где диффундируют нейротрансмиттеры, в тормозных синапсах. Молекулы связываются с рецепторами ГАМКА на поверхности соседних возбуждающих нейронов, заставляя их активироваться реже.

Дальнейшие эксперименты показали, что синаптические изменения во время бодрствования были вызваны увеличением количества рецепторов α5-GABAA. Когда рецепторы были заблокированы у бодрствующих мышей, зависящее от активности усиление фазовых электрических ответов уменьшалось. Это говорит о том, что накопление ГАМК-рецепторов во время бодрствования может быть ключом к созданию более сильных и эффективных тормозных синапсов — фундаментальному процессу, известному как синаптическая пластичность.

«Когда вы изучаете новую информацию в течение дня, нейроны бомбардируются возбуждающими сигналами из коры и многих других областей мозга. Чтобы преобразовать эту информацию в память, вам сначала нужно отрегулировать и уточнить ее — вот где вступает в действие торможение», — сказал доктор Лу.

Предыдущие исследования показали, что синаптические изменения в гиппокампе могут быть вызваны сигналами, исходящими от тормозных интернейронов, особого типа клеток, которые составляют лишь около 10-20% нейронов в головном мозге. В гиппокампе существует более 20 различных подтипов интернейронов, но недавние исследования выявили два типа, известные как парвальбумин и соматостатин, которые играют важную роль в регуляции синапсов.

Чтобы определить, какой интернейрон отвечает за наблюдаемую ими пластичность, команда доктора Лу использовала оптогенетику, метод, использующий свет для включения или выключения клеток, и обнаружила, что бодрствование приводит к большему количеству рецепторов α5-GABAA и более сильным связям с парвальбумином, но не соматостатин, интернейроны.

Люди и мыши имеют сходные нейронные цепи, лежащие в основе хранения памяти и других важных когнитивных процессов. Этот механизм может быть способом точно контролировать приливы и потоки информации между нейронами и во всех мозговых сетях.

«Торможение на самом деле очень сильное, потому что оно позволяет мозгу работать точно настроенным образом, что по существу лежит в основе любого познания», — сказал доктор Лу.

Поскольку торможение необходимо почти для каждого аспекта функции мозга, это исследование может помочь ученым понять не только циклы сна и бодрствования, но и неврологические расстройства, коренящиеся в аномальных ритмах мозга, такие как эпилепсия.

В будущем группа доктора Лу планирует изучить молекулярную основу переноса ГАМК-рецепторов в тормозные синапсы.

Ссылка: «Циклы сна и бодрствования динамически модулируют ингибирующую синаптическую пластичность гиппокампа» Кунвей Ву, Веньян Хан и Вей Лу, 1 ноября 2022 г., PLOS Biology .
DOI: 10.1371/journal.pbio.3001812

Исследование частично финансировалось Программой внутренних исследований NINDS.

Мозг
Дата публикации: 2022.12.21