W badaniu z udziałem danio pręgowanego zespół naukowców pod kierownictwem University College London (UCL) zbadał, w jaki sposób mózg zarządza połączeniami synaptycznymi podczas snu.

Eksperci odkryli, że mózg osłabia nowe połączenia nerwowe, które powstały w godzinach czuwania, ale proces ten dotyczy tylko pierwszych kilku godzin snu.

Funkcja snu jest nadal niejasna

„Chociaż w królestwie zwierząt sen jest zachowany, dokładne funkcje snu pozostają niejasne. Ponieważ brak snu prowadzi do ostrego upośledzenia funkcji poznawczych, wiele teorii zakłada, że ​​plastyczność synaptyczna związana z uczeniem się i pamięcią występuje przede wszystkim podczas snu” – napisali autorzy badania.

„Na przykład hipoteza homeostazy synaptycznej (SHY) sugeruje, że wzmocnienie synaptyczne w czasie czuwania skutkuje ostatecznie niezrównoważonym wzrostem siły i liczby synaptycznych, który musi zostać zrenormalizowany podczas snu poprzez osłabienie i przycięcie synaptów. Postuluje się, że taka zależna od snu renormalizacja zasadniczo wpływa na większość synaps pobudzających w mózgu.

Hipoteza homeostazy synaptycznej

Odkrycia potwierdzają hipotezę homeostazy synaptycznej, zakładającą, że sen funkcjonuje jako kluczowy mechanizm resetowania mózgu, zapewniający równowagę energetyczną i gotowość do nowego uczenia się.

„Niektóre badania oceniające duże populacje neuronów lub małe skupiska dendrytów znalazły dowody zgodne z hipotezą homeostazy synaptycznej, ale nie jest jasne, czy sen funkcjonuje jedynie jako stan permisywny, czy też aktywnie promuje regulację w dół synaptyczną w skali całych neuronów” – napisali naukowcy .

Mózg przechodzi w tryb offline

„Kiedy nie śpimy, połączenia między komórkami mózgowymi stają się silniejsze i bardziej złożone. Jeśli ta działalność miałaby trwać nieprzerwanie, byłaby niezrównoważona energetycznie” – powiedział starszy autor Jason Rihel, profesor na wydziale biologii komórkowej i rozwojowej UCL.

„Zbyt wiele aktywnych połączeń między komórkami mózgowymi może uniemożliwić utworzenie nowych połączeń następnego dnia. Chociaż funkcja snu pozostaje tajemnicza, może on służyć jako okres „offline”, kiedy te połączenia w mózgu mogą zostać osłabione, przygotowując nas do nauczenia się nowych rzeczy następnego dnia”.

Połączenia synaptyczne w mózgu podczas snu

Naukowcy wykorzystali optycznie półprzezroczystego danio pręgowanego z genami umożliwiającymi łatwe obrazowanie synaps – struktur umożliwiających komunikację między komórkami mózgowymi.

„Aby zbadać zakres i selektywność plastyczności synaptycznej związanej ze snem, konieczne jest kompleksowe śledzenie zmian synaptycznych poszczególnych neuronów w stanach snu i czuwania” – napisali autorzy badania.

„W tym celu wykorzystaliśmy narzędzia do znakowania synaptycznego in vivo u larw danio pręgowanego, aby wielokrotnie obrazować te same neurony i ich synapsy w długich skalach czasowych, co umożliwiło nam mapowanie zmian synaps pojedynczego neuronu w stanach snu i czuwania”.

Znaczące zmiany w pierwszej połowie nocy

Obserwując te ryby podczas wielu cykli snu i czuwania, odkryli, że połączenia synaptyczne zwiększają się podczas czuwania i zmniejszają się podczas snu, szczególnie gdy sen zostaje opóźniony, co wskazuje, że presja snu nasila tę redukcję.

Badanie wykazało, że znaczące zmiany synaptyczne zachodzą głównie w pierwszej połowie nocy, zbiegając się ze szczytowym okresem aktywności wolnofalowej, czyli krytyczną fazą cyklu snu.

Sen tłumi połączenia w mózgu

„Nasze odkrycia dodają wagi teorii, że sen służy do tłumienia połączeń w mózgu, przygotowując go do dalszej nauki i nowych połączeń następnego dnia” – powiedziała główna autorka Anya Suppermpool z UCL Cell & Developmental Biology oraz UCL Ear Institute.

„Ale nasze badanie nie mówi nam nic o tym, co dzieje się w drugiej połowie nocy. Istnieją inne teorie mówiące, że sen jest czasem usuwania odpadów z mózgu lub naprawy uszkodzonych komórek – być może w drugiej połowie nocy zaczynają działać inne funkcje.

Badanie to nie tylko pogłębia naszą wiedzę na temat roli snu w zarządzaniu synapsami, ale także stawia nowe pytania dotyczące funkcji jego późniejszych etapów, torując drogę do przyszłych badań nad pełnym spektrum wpływu snu na zdrowie mózgu.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Natura.

—–

Podoba Ci się to, co czytasz? Zapisz się do naszego biuletynu, aby otrzymywać ciekawe artykuły, ekskluzywne treści i najnowsze aktualizacje.

Sprawdź nas w EarthSnap, bezpłatnej aplikacji udostępnionej przez Erica Rallsa i Earth.com.

—–