ระหว่างการนอนหลับจำนวนของ synapses ในสมองลดลง• Alexander Markov •ข่าววิทยาศาสตร์เกี่ยวกับ "Elements" • Neurobiology

ระหว่างการนอนหลับจำนวนของ synapses ในสมองจะลดลง

การขาดการนอนหลับทำให้เกิดความผิดปกติต่างๆของสมอง แต่ก็ยังไม่ชัดเจนว่าทำไม บางทีการทดลองเกี่ยวกับแมลงจะช่วยให้คิดออก ภาพจาก yxhealth.com

นักประสาทวิทยาแนะนำว่าในช่วงตื่นตัวได้รับประสบการณ์ใหม่ ๆ อย่างต่อเนื่องนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของเส้นประสาท synaptic ในสมองซึ่งไม่ช้าก็เร็วทำให้สมองไม่ได้ผล บางทีการนอนหลับเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับสมองที่จะกลับสู่สภาพการทำงานโดยการ "renormalization แบบ synaptic" – ลดการนำ synaptic ไปสู่ระดับที่เหมาะสม การทดลองเกี่ยวกับแมลงหวี่ยืนยันสมมติฐานนี้: มันเปิดออกที่ขนาดและจำนวนของ synapses ในสมองจริงลดลงในการนอนหลับและเติบโตในช่วงตื่น ในเวลาเดียวกันประสบการณ์ที่ยิ่งใหญ่กว่านี้จะมีการสร้าง synapses ใหม่ ๆ ขึ้นและความต้องการในการนอนหลับจะสูงขึ้น

แม้จะมีการศึกษาเกี่ยวกับปรากฏการณ์ของการนอนหลับก็ตามการทำงานของมันก็ยังลึกลับมาก (ดู: Elena Naimark วิทยาศาสตร์ครอบงำการนอนหลับ) เมื่อเร็ว ๆ นี้มีการเสนอสมมติฐานที่ง่ายและน่าเชื่อถือตามที่การนอนหลับเป็นสิ่งที่จำเป็นเพื่อรักษาสิ่งที่เรียกว่า "synaptic homeostasis" (Tononi, Cirelli, 2006, PDF, 300 Kb)สาระสำคัญของแนวคิดคือในระหว่างการตื่นตัวสมองต้องเรียนรู้อย่างต่อเนื่องดูดซับประสบการณ์ใหม่ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างแข็งขัน

ทั้งหมดนี้ทำโดยความเป็นปึกแผ่น synaptic นั่นคือโดยการเปลี่ยนจำนวนและขนาดของ synapses โดยที่เซลล์ประสาทแลกเปลี่ยนสัญญาณ ถ้าเซลล์ประสาท A ส่งสัญญาณไปยัง neuron B เวลาผ่านไปความสัมพันธ์ระหว่าง synaptic จะเพิ่มขึ้นตามเวลานั่นคือการเพิ่มประสิทธิภาพของการส่งผ่านสัญญาณ (มีความเป็นไปได้สูงที่สัญญาณจาก A จะทำให้ตื่นเต้นกับ neuron B) หน่วยความจำและการเรียนรู้จะขึ้นอยู่กับหลักการนี้ (ดู: เซลล์ประสาทแข่งขันเพื่อสิทธิในการมีส่วนร่วมในการก่อตัวของการสะท้อนแสง, องค์ประกอบ, 26 เมษายน 2550)

ดังนั้นจึงสามารถสันนิษฐานได้ว่าในระหว่างการตื่นตัวความสามารถในการ synaptic ทั้งหมดในสมอง (ซึ่งสามารถประมาณโดยอ้อมด้วยจำนวนและขนาดของ synapses) จะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในที่สุดก็สามารถกลายเป็นไม่ทนเพราะหลาย synapses บวมกินพลังงานมากและต้องใช้จำนวนมากทางชีวเคมี "วัสดุก่อสร้าง" สำหรับการก่อตัวของพวกเขา นอกจากนี้ยังเป็นไปได้สำหรับการเสริมสร้างความเข้มแข็งต่อไปของพวกเขาจะหมดซึ่งนำไปสู่การลดลงของศักยภาพในการปรับตัวของสมองบางทีการทำงานที่สำคัญของการนอนหลับคือการลดการนำไฟฟ้า synaptic ไปสู่ระดับที่เหมาะสมซึ่งจะส่งผลต่อสมองให้มีสุขภาพดี

แน่นอนว่าบางส่วนของ synapses ใหม่ ๆ ที่เกิดขึ้นในระหว่างการตื่นตัวอยู่เป็นเวลานาน: นี่คือสาระสำคัญของการรวมหน่วยความจำระยะยาว ในกระบวนการนี้การนอนหลับยังมีบทบาทสำคัญ (ดู: ในช่วงการนอนหลับที่ช้าความรู้ใหม่ ๆ ถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างเป็นทางการ Elements, 21 มีนาคม 2550 สมองในความฝันสูญเสียเหตุการณ์วันที่มีการเร่งความเร็วเจ็ดเท่าองค์ประกอบในวันที่ 19 พฤศจิกายน 2550) . อย่างไรก็ตามข้อสรุปนี้ไม่ได้ขัดแย้งกับสมมติฐานที่ว่าในบรรดา synapses ใหม่ที่ได้มาในช่วงตื่นตัวมีหลายสิ่งที่ไม่จำเป็นไม่ใช่เรื่องที่ต้องจัดเก็บในระยะยาวและพวกเขาจะต้องถูกเอาออกทันทีเพื่อให้สมองพูดได้เปรียบในทางที่ไม่ละลาย

สมมติฐานของ homeostasis synaptic ได้รับการยืนยันทางอ้อมโดยข้อเท็จจริงมากมาย ตัวอย่างเช่นในหนูแสดงให้เห็นว่าเครื่องหมายโมเลกุลและ electrophysiological ของการนำ synaptic แสดงเพิ่มขึ้นหลังจากที่ตื่นตัวและลดลงหลังจากการนอนหลับ ในปลาวัยอ่อน Danio rerio หลังการนอนหลับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเกิดขึ้นใน synapses ซึ่งแสดงถึงการลดลงของค่าการนำไฟฟ้าในสมองของแมลงวันหลังจากการนอนหลับเนื้อหาของโปรตีน synaptic จะลดลง

ในฉบับล่าสุดของนิตยสาร วิทยาศาสตร์ ผู้เขียนสมมติฐาน homeostasis synaptic – นักประสาทวิทยาจากมหาวิทยาลัยวิสคอนซินแมดิสัน – รายงานผลการทดลองแมลงวันผลไม้ซึ่งในระหว่างนี้สมมติฐานนี้ได้รับการยืนยันโดยตรง

ผู้เขียนใช้เส้นแมลงหวี่ดัดแปลงพันธุกรรมหลายสายซึ่งโปรตีนเรืองแสงถูกผลิตขึ้นในเซลล์ประสาทหลายกลุ่ม (คล้ายกับหนาม dendritic ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมดู: การสร้างความทรงจำสามารถมองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ Elements, 1 ธันวาคม 2009) วัดความหนาของซอนอนในกลุ่มเซลล์บางกลุ่มและประมาณจำนวนของ synapses นอกจากนี้ผู้เขียนได้วัดระดับการแสดงออกของโปรตีนบางชนิดที่ผลิตใน synapses การวิเคราะห์เซลล์ประสาทกลุ่มที่สาม: 1) เซลล์ประสาทด้านข้างขนาดเล็กด้านข้าง (เซลล์ประสาทด้านข้างขนาดเล็กด้านข้าง) มีส่วนร่วมในการควบคุมจังหวะของชีวิตประจำวัน 2) เซลล์ประสาทของร่างกายรา 3) ยักษ์ ES1 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของศูนย์ภาพของกล้ามเนื้อ

ผู้เขียนได้เปรียบเทียบสภาพของเซลล์ประสาทในแมลงวันใน 3 สถานการณ์คือ 1) หลังจากตื่นนอนต่อเนื่องเป็นเวลา 7 ชั่วโมง 2) หลังจากนอนหลับเป็นเวลา 7 ชั่วโมง (แมลงวันลอยตัวถ้าไม่เคลื่อนที่เป็นเวลา 5 นาทีความถูกต้องของวิธีการบันทึกการนอนหลับในแมลงวันนี้ , 3) หลังจากคืนที่บินไม่ได้รับอนุญาตให้นอนหลับอย่างสงบ (หลอดทดสอบเริ่มสั่นสะเทือนทันทีที่บินหลับไป)

ผลการยืนยันความคาดหวังของนักวิจัย ปรากฎว่าหลังจากตื่นนอนตอนกลางวันและโดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากที่คืนนอนไม่หลับจำนวน synapses และกระบวนการในการเพิ่มขึ้นของ neurons และหลังการนอนหลับลดลง

B: เซลล์ประสาทของร่างกายของเชื้อราที่เปื้อนด้วยโปรตีนเรืองแสงสีเขียว C: การสิ้นสุดของซอนนอนหลังจากการนอนหลับ (S) จะดูผอมลงกว่าหลังนอนไม่หลับ (SD) D: ความหนาเฉลี่ย (ในμm) ของตอนท้ายของ axon ในเซลล์ประสาทแกมมาหลังการนอนหลับ (S) และหลังคืนนอนไม่หลับ (SD) ภาพจากบทความในการสนทนาวิทยาศาสตร์

การทดลองเหล่านี้ดำเนินการกับแมลงวันนั่งอยู่คนเดียวในหลอดทดลองขนาดเล็ก เป็นที่ชัดเจนว่าในสภาพแวดล้อมเช่นนั้นประสบการณ์ในชีวิตประจำวันของพวกเขาไม่ได้ร่ำรวย ถ้าสมมุติฐานของ homeostasis synaptic ถูกต้องแล้วเราควรคาดหวังว่าแมลงวันที่ใช้เวลาทั้งวันในสภาพแวดล้อมอิ่มตัวและหลากหลายมากขึ้น,การเจริญเติบโตในแต่ละวันของจำนวนกระบวนการและ synapses ควรจะเด่นชัดมากขึ้น นอกจากนี้หลังจากวันที่เต็มไปด้วยการแสดงผลความจำเป็นในการนอนหลับควรเพิ่มขึ้น ผู้เขียนได้วางแมลงวันตัวหนึ่งไว้ในภาชนะขนาดใหญ่จำนวนหนึ่งตัวซึ่งแมลงสามารถบินได้อย่างอิสระและสื่อสารกันได้ตามชอบ

มันเปิดออกที่หลังจากวันที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่ "ร่ำรวยทางสังคม" แมลงวันจะปรากฏ synapses ใหม่กว่าหลังจากวันในหลอดเดียว อย่างเต็มที่ตามความคาดหวังทางทฤษฎีความจำเป็นในการนอนหลับในแมลงวันหลังจากที่ยังเพิ่มขึ้น ดังนั้นผู้เขียนยืนยันผลที่ได้ก่อนหน้านี้ซึ่งอธิบายไว้ในหมายเหตุ "แมลงวัน" เหนื่อยกับการสื่อสาร ("องค์ประกอบ", 02.10.2006) การนอนหลับเป็นเวลาสองสามชั่วโมงก็เพียงพอที่จะลดความสามารถในการ synaptic ไปสู่ระดับพื้นฐาน "เดิม"

ดังนั้นเมื่อ Drosophila สมมติฐานของ homeostasis synaptic ได้รับการยืนยันค่อนข้าง convincingly ขั้นตอนต่อไปอย่างเห็นได้ชัดคือการทดสอบสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

ที่มา: Daniel Bushey, Giulio Tononi, Chiara Cirelli Sleep and Synaptic Homeostasis: หลักฐานทางโครงสร้างของ แมลงหวี่ // วิทยาศาสตร์. 2554. 332. พี 1576-1581

ดูเพิ่มเติม:
1) แมลงวันเหนื่อยกับการสื่อสาร "Elements", 02.10.2006
2) การสร้างความทรงจำสามารถมองเห็นได้จากกล้องจุลทรรศน์ "Elements", 12/1/2009
3) Elena Naimark วิทยาศาสตร์ที่ความเมตตาของการนอนหลับ // มีอะไรใหม่ในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. 2005. №7-8.


Like this post? Please share to your friends:
ใส่ความเห็น

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