Tijekom spavanja, broj sinapsi u mozgu se smanjuje • Alexander Markov • Znanstvena vijest o "Elementima" • Neurobiologija

Tijekom spavanja, broj sinapsi u mozgu se smanjuje.

Nedostatak sna dovodi do različitih poremećaja mozga, ali još uvijek nije sasvim jasno zašto. Možda će eksperimenti na insektima pomoći da to shvate. Slika iz yxhealth.com

Neuroznanstvenici upućuju na to da tijekom stanja neprekidnog stjecanja novih iskustava dolazi do stalnog povećanja sinaptičke provodljivosti mozga, što prije ili kasnije čini mozak nedjelotvornim. Možda je spavanje potrebno za mozak da se vrati u radno stanje "sinaptičkom renormalizacijom" – smanjujući sinaptičku provodnost na optimalnu razinu. Eksperimenti na Drosophilu potvrdili su tu hipotezu: pokazalo se da veličina i broj sinapsi u mozgu zapravo spadaju u snu i rastu za vrijeme budnosti. U isto vrijeme, bogatiji dan iskustva, više novih sinapsi su formirana i veća je potreba za spavanjem.

Unatoč aktivnoj proučavanju fenomena sna, njegove funkcije i dalje su uglavnom zagonetne (vidi: Elena Naimark, znanost dominira spavanjem). Nedavno je predložena jednostavna i vjerojatna hipoteza, prema kojoj je spavanje neophodno za održavanje takozvane "sinaptičke homeostaze" (Tononi, Cirelli, 2006, PDF, 300 Kb).Bit ideje je da tijekom budnosti mozak mora stalno učiti, apsorbirati novo iskustvo, aktivno se prilagoditi promjenjivom okruženju.

Sve se to postiže sinaptičnom plastičnosti, tj. Promjenom broja i veličine sinapsi, kroz koje neuroni razmjenjuju signale. Ako neuron A odašilje signal neuronu B vremenom, sinapetska vodljivost između njih povećava se s vremenom, tj. Povećava učinkovitost prijenosa signala (postoji vjerojatnost da će signal A dovesti do neurona B uzbuđenosti). Memorija i učenje temelje se na ovom načelu (vidi: Neuroni se natječu za pravo sudjelovanja u formiranju refleksa, Elementi, 26. travnja 2007.).

Stoga se može pretpostaviti da se tijekom svjesnosti ukupna sinaptička provodnost u mozgu (koja se neizravno može procijeniti brojem i veličinom sinapsi) stalno povećava. Na kraju, to može postati nepodnošljiva, jer brojne natečene sinapije troše puno energije i zahtijevaju veliku količinu biokemijskih "građevinskih materijala" za njihovo formiranje. Štoviše, iscrpljene su mogućnosti njihova daljnjeg jačanja što dovodi do smanjenja prilagodbenog potencijala mozga.Možda je važna funkcija sna spriječiti sinaptičku vodljivost na optimalnu razinu koja vraća mozak u zdravu državu.

Naravno, neke od novih sinapsi stečenih tijekom budnosti i dalje traju dugo: to je bit konsolidacije (konsolidacije) dugoročne memorije. U tom procesu spavanje također igra ključnu ulogu (vidjeti: Tijekom sporo spavanja, nova znanja su aktivno konsolidirana, Elementi, 21. ožujka 2007., mozak u snu gubi dan događaja sa sedam puta ubrzanjem, Elementi, 19. studenog 2007.) , To, međutim, ne proturječi pretpostavci da među novim sinapsama stečenim tijekom razdoblja budnosti postoje mnoge nepotrebne, ne podložne dugotrajnom skladištenju i one se moraju odmah ukloniti tako da mozak, figurativno govoreći, "ne rastopi".

Hipoteza sinaptičke homeostaze indirektno je potvrđena mnogim činjenicama. Na primjer, kod glodavaca je pokazano da molekularni i elektrofiziološki markeri sinaptičke provodljivosti pokazuju povećanje nakon budnosti i smanjenja nakon spavanja. U larve riba Danio rerio nakon spavanja, u sinapsama se javljaju strukturne promjene, što ukazuje na smanjenje vodljivosti.U mozgu mušica nakon spavanja, sadržaj sinaptičkih bjelančevina se smanjuje.

U posljednjem broju časopisa znanost Autori hipoteze sinaptičke homeostaze – neuroznanstvenici sa Sveučilišta Wisconsin-Madison – izvijestili su o rezultatima eksperimenata na voćnim mušicama, tijekom kojih je ova hipoteza izravnije potvrđena.

Autori su koristili nekoliko redaka genetski modificiranih Drosophila, u kojima se proizvode fluorescentni proteini u različitim skupinama neurona. To omogućuje brojanje dendrita i njihovih procesa (sličnih dendritskim štipaljcima sisavaca, vidi: Formiranje sjećanja se može vidjeti pod mikroskopom, Elementi, 01. prosinca 2009.), izmjeriti debljinu završetka aksona u određenim skupinama neurona i procijeniti broj sinapsi. Osim toga, autori su izmjerili razinu ekspresije nekih proteina koji su proizvedeni u sinapsi. Analizirane su tri skupine neurona: 1) mali ventralni lateralni neuroni (mali ventralni lateralni neuroni) uključeni u regulaciju dnevnog ritma; 2) gama neurona gljivičnih tijela; 3) divovski neuron VS1, koji je dio jednog od vizualnih centara mišićnog mozga.

Autori su uspoređivali stanje neurona u mušicama u tri situacije: 1) nakon normalnog (sedam sati) budnosti, 2) nakon 7 sati spavanja (letjelica se smatrala uspavana, ako se nije micala 5 minuta – valjanost ove metode snimanja spavanja u mušicama potvrđena je prethodnim studijama) , 3) nakon noći tijekom kojeg muhe nije bilo dopušteno mirno spavati (cijev za ispitivanje počela je vibrirati čim mušica zaspi).

Rezultati potvrđuju očekivanja istraživača. Pokazalo se da se nakon dnevne budnosti, a osobito poslije neprospavane noći, povećava broj sinapsi i procesa u neuronima, a nakon spavanja se smanjuje.

B: gama neurona gljivičnih tijela, obojenih zelenim fluorescentnim proteinom. C: kraj aksona nakon spavanja (S) znatno je tanji nego nakon neprospavane noći (SD). D: prosječna debljina (u μm) završetka aksona u gama neuronima nakon spavanja (S) i nakon neprospavanih noći (SD). Slika iz članka u raspraviznanost

Ti pokusi su provedeni sa mušicama koje su sjedile same u malim epruvetama. Jasno je da u takvom okruženju njihovo svakodnevno iskustvo nije bilo bogato. Ako je hipoteza sinaptičke homeostaze ispravna, onda bi trebali očekivati ​​da muhe koje su proveli dan u više zasićen i raznolik okoliš,dnevni rast broja procesa i sinapsi trebao bi biti izraženiji. Osim toga, nakon dana punog dojma, potreba za spavanjem treba povećati. Kako bi to potvrdili, autori su stavili 100 muha u jedan veliki kontejner, gdje bi insekti mogli slobodno letjeti i komunicirati jedni s drugima kako bi voljeli.

Pokazalo se da nakon jednog dana provedenog u takvom "društveno bogatom" okruženju, muhe se pojavljuju više novih sinapsi nego nakon jednog dana u jednoj cijevi. U skladu s teorijskim očekivanjima, potreba za spavanjem u mušicama nakon toga se također povećala. Stoga su autori potvrdili ranije dobivene rezultate, koji su opisani u bilješci "Muhe", umoran od komunikacije ("Elementi", 02.10.2006.). Nekoliko dodatnih sati sna dovoljno je za smanjenje sinaptičke provodljivosti na izvornu razinu "osnovne razine".

Dakle, na Drosophili, hipoteza sinaptičke homeostaze bila je uvjerljivo potvrđena. Sljedeći korak, očito, trebao bi biti testiranje na sisavcima.

izvor: Daniel Bushey, Giulio Tononi, Chiara Cirelli. Spavanje i sinaptička homeostaza: strukturni dokazi u Drosophila // znanost, 2011. V. 332. P. 1576-1581.

Vidi također:
1) Muhe umorne od komunikacije, "Elementi", 02.10.2006.
2) Stvaranje sjećanja sada se može vidjeti pod mikroskopom, "Elementi", 12/1/2009.
3) Elena Naimark. Znanost na milost spavanja // Što je novo u znanosti i tehnologiji. 2005. №7-8.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: