科学家们发现了一种新的日常节奏

新研究揭示了大脑活动是如何被微调的。

　　

       

一项新的研究探索了新信息如何贯穿睡眠-觉醒周期。

研究人员利用小鼠模型在一种突触中发现了一种新的日常节律，这种突触可以抑制大脑活动。这些神经连接被称为抑制性突触，在我们睡觉时重新平衡，使我们能够将新信息巩固为持久的记忆。该研究结果发表在《PLOS Biology》杂志上，可能有助于解释细微的突触变化是如何改善人类记忆的。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)的研究人员领导了这项研究。

“抑制对大脑功能的各个方面都很重要。但在过去的二十多年里，大多数睡眠研究都集中在理解兴奋性突触上，”高级研究员Wei Lu博士说。“这是一项及时的研究，试图了解睡眠和清醒如何调节抑制性突触的可塑性。”       

Lu博士实验室的博士后Kunwei Wu博士研究了小鼠在睡眠和清醒时的抑制性突触发生了什么。海马体(大脑中与记忆形成有关的区域)神经元的电记录揭示了一种以前未知的活动模式。在清醒期间，稳定的“强直性”抑制活性增加，但快速的“阶段性”抑制降低。他们还发现，在清醒的小鼠神经元中，抑制性电反应的活动依赖性增强要大得多，这表明清醒状态，而不是睡眠，可能会在更大程度上加强这些突触。

抑制性神经元使用神经递质-氨基丁酸(GABA)来降低神经系统的活性。这些神经元释放GABA分子到突触间隙，神经递质扩散的神经元之间的空间，在抑制性突触。这些分子与邻近兴奋性神经元表面的GABAA受体结合，导致它们不那么频繁地放电。

进一步的实验表明，清醒时突触的变化是由α5-GABAA受体数量的增加所驱动的。在清醒的小鼠中，当受体被阻断时，相电反应的活动依赖性增强减弱。这表明，在清醒状态下GABAA受体的积累可能是建立更强、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。

“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击。为了将这些信息转化为记忆，你首先需要调节和完善它，这就是抑制的作用。”Lu博士说。

先前的研究表明，海马体中的突触变化可能是由抑制性中间神经元产生的信号驱动的，抑制性中间神经元是一种特殊类型的细胞，仅占大脑神经元的10-20%。海马体中有超过20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parvalbumin和生长抑素，它们在突触调节中起着关键作用。

为了确定是哪个中间神经元负责他们观察到的可塑性，Lu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，以及来自parvalbumin(而不是生长抑素)中间神经元的更强连接。

人类和小鼠在记忆存储和其他基本认知过程中有着相似的神经回路。这种机制可能是抑制输入精确控制神经元和整个大脑网络之间信息的涨落的一种方式。 

“抑制实际上非常强大，因为它可以让大脑以一种微调的方式运行，这基本上是所有认知的基础，”Lu博士说。

由于抑制对大脑功能的几乎每个方面都至关重要，因此这项研究不仅有助于科学家了解睡眠-觉醒周期，还有助于科学家了解源于异常脑节律的神经系统疾病，如癫痫。

在未来，Lu博士的团队计划探索GABAA受体运输到抑制性突触的分子基础。

参考文献:

Sleep and wake cycles dynamically modulate hippocampal inhibitory synaptic plasticity