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为探究大脑区域间突触强度调制机制，研究人员记录自由活动雄性大鼠 24 小时内 4 条海马通路的诱发反应。结果发现，突触强度随警惕状态持续时间振荡，睡眠 - 觉醒周期或通过调制突触强度影响记忆。该研究揭示了记忆与睡眠架构的关系18。
在大脑的奇妙世界里，各区域间的相互作用对认知功能至关重要，而神经元之间的互动很大程度上依赖于突触的功能及其调制。然而，目前人们对大脑区域间突触强度的调制机制却知之甚少。过去的研究虽然表明警惕状态会影响突触强度和可塑性，但大多只是比较不同警惕状态下的平均突触强度，忽略了状态之间的时间动态以及定义超昼夜睡眠 - 觉醒周期的警惕状态序列。为了深入了解这一复杂的机制，来自法国 Claude Bernard Lyon 1 大学等机构的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员为了精确剖析警惕状态在突触强度调制中的作用，采用了一系列先进的技术方法。他们对 48 只雄性大鼠进行实验，通过立体定位手术，在大鼠的不同脑区植入电极，包括在 35 只大鼠的齿状回（DG）和穿通路径（PP）植入记录和刺激电极，在 17 只大鼠的前额叶皮层（PFC）、伏隔核（NAc）、海马 CA1 区等区域植入电极。实验过程中，持续 24 小时记录大鼠的脑电（EEG）、肌电（EMG）以及不同海马通路的诱发反应。同时，手动对大鼠的警惕状态进行 5 秒一次的分类打分，包括活跃清醒（aWK）、安静清醒（qWK）、慢波睡眠（SWS）、中间睡眠（IS）和快速眼动睡眠（REM）。为了准确测量诱发反应的斜率，研究人员利用三阶多项式拟合，并通过移动平均法处理数据，从而有效去除噪声和趋势，便于后续分析91011。
慢周期性调制诱发电位强度
研究人员对 PP-DG 通路诱发电位强度的动态变化进行量化分析，发现其呈现出约 7 小时的慢周期性振荡，同时在 3、5 和 11 小时也出现了不太明显的峰值。通过将警惕状态的持续时间与诱发反应强度进行交叉相关分析，发现 aWK 与诱发电位强度呈正相关，而 SWS、IS 和 REM 则呈负相关。并且，aWK 和 SWS 的持续时间变化分别领先诱发电位强度变化数分钟，其中 aWK 平均领先 8.7 分钟，SWS 平均领先 10 分钟。而 qWK 的持续时间与诱发电位强度无明显相关性23。
不同通路的相关性分析
在对 Fx-PFC 通路的研究中，同样观察到诱发反应在 24 小时内呈现周期性变化，周期约为 4 小时。aWK、SWS 和 REM 的持续时间与诱发电位强度存在相关性，不过与 PP-DG 通路相比，aWK 和 SWS 的交叉相关峰值时滞更接近 0，而 REM 则呈现负时滞，为 -7.8 分钟。在 Fx-NAc 通路，诱发电位强度也有慢周期性变化，周期约 5 小时，aWK、SWS 和 REM 的持续时间同样与诱发电位强度相关，aWK 和 SWS 的交叉相关峰值时滞接近 0，REM 为 -6.9 分钟，qWK 与诱发电位强度无明显关联45。
部分通路无相关性
然而，在 SC-CA1 通路，研究人员发现诱发电位强度变化主要由约 12 小时的极慢振荡主导，并且与不同警惕状态均未观察到显著的交叉相关峰值。这表明睡眠周期在该通路诱发电位强度的调制中可能没有起到明显作用，与其他三条通路的结果形成鲜明对比6。
构建预测模型
基于上述发现，研究人员构建了一个预测模型，利用 PP-DG 通路中警惕状态与诱发反应斜率之间的相关性系数和时滞，来预测不同通路的诱发反应变化。结果显示，该模型能够较好地预测 PP-DG 通路、Fx-PFC 通路和 Fx-NAc 通路的诱发反应斜率变化，但对 SC-CA1 通路的预测效果不佳7。
这项研究通过严谨的实验设计和深入的数据分析，揭示了睡眠 - 觉醒周期与海马通路诱发反应强度之间的紧密联系。研究结果表明，超昼夜睡眠周期，尤其是 aWK 和 SWS 的交替，可能是大脑不同通路突触强度动态调制的重要因素。这一发现为理解记忆过程提供了新的视角，暗示记忆过程不仅与睡眠时间有关，还与睡眠架构密切相关。此外，研究中构建的预测模型为后续研究提供了有力工具，有助于进一步探索突触变化在认知功能中的作用，如在记忆和情绪调节等方面的潜在机制。不过，研究也存在一定局限性，例如在记录 Fx-PFC 和 Fx-NAc 通路的诱发反应时，难以完全排除动作电位的干扰，这可能对结果的准确性产生一定影响。未来的研究可以在此基础上，进一步优化实验方法，深入探究不同脑区和通路在睡眠 - 觉醒周期中的复杂机制，为生命科学和健康医学领域带来更多突破。
