对小鼠的研究提供了对大脑活动如何在睡眠觉醒周期中进行微调的见解
使用小鼠模型，研究人员在一种抑制大脑活动的突触中发现了一种新的日常节律。这些被称为抑制性突触的神经连接被重新平衡，以便我们可以在睡眠期间将新信息整合到持久的记忆中。发表在PLOS Biology上的研究结果可能有助于解释细微的突触变化如何增强人类的记忆力。该研究由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。
“抑制对于大脑功能的各个方面都很重要。但二十多年来，大多数睡眠研究都集中在了解兴奋性突触上，”NINDS 高级研究员陆伟博士说。“这是第一项试图了解睡眠和清醒如何调节抑制性突触的研究。”
在这项研究中，卢博士实验室的博士后研究员 Kunwei Wu 博士检查了小鼠在睡眠和清醒期间抑制性突触发生的情况。海马体(对记忆形成很重要的大脑区域)神经元的电记录显示了一种以前未被认可的活动模式。在清醒期间，稳定的“补品”抑制活性增加，而快速“阶段性”抑制减少。他们还发现，清醒小鼠神经元中抑制性电反应的活动依赖性增强更大，这表明清醒而不是睡眠可以更大程度地增强这些突触。
抑制性神经元使用神经递质 γ-氨基丁酸 (GABA) 来降低神经系统的活动。在抑制性突触处，这些神经元将 GABA 分子释放到突触间隙，即神经递质扩散的神经元之间的空间。这些分子与相邻兴奋性神经元表面的 GABA A 型 (GABAA) 受体结合，使其不太可能触发。
进一步的实验表明，清醒期间的突触变化是由数量增加的 α5-GABAA 受体驱动的。当受体在清醒小鼠中被阻断时，相位电反应的活动依赖性增强减弱。这表明，清醒期间 GABAA 受体的积累可能是构建更强、更有效的抑制性突触的关键，这是一个被称为突触可塑性的基本过程。
“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炸。要将这些信息转化为记忆，你首先需要对其进行调节和改进——这就是抑制作用的地方”陆博士说。
先前的研究表明，海马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，仅包含大脑中约 10-20% 的神经元。海马中有超过 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，称为小白蛋白和生长抑素，它们与突触调节密切相关。
为了确定哪个中间神经元对他们观察到的可塑性负责，Lu 博士的团队使用光遗传学，一种利用光来打开或关闭细胞的技术，并发现清醒导致更多的 α5-GABAA 受体和来自小白蛋白的更强连接，但不是生长抑素，中间神经元。
人类和小鼠在记忆存储和其他基本认知过程中具有相似的神经回路。这种机制可能是一种抑制输入来精确控制神经元之间以及整个大脑网络的信息潮起潮落的方式。
“抑制实际上非常强大，因为它允许大脑以微调的方式执行，这基本上是所有认知的基础，”卢博士说。
由于抑制对大脑功能的几乎所有方面都至关重要，因此这项研究不仅有助于帮助科学家了解睡眠-觉醒周期，还有助于了解源于异常大脑节律的神经系统疾病，例如癫痫。
未来，卢博士课题组计划探索GABAA受体向抑制性突触转运的分子基础。
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